5G商用推动NFV进入新阶段

多年来，电信运营商饱受复杂专用硬件网络设备的困扰。随着IT虚拟化以及云计算技术向CT领域的渗透，网络功能虚拟化（NFV）被提出。NFV通过网络功能软件化，实现在工业标准、池化部署的通用服务器、交换机和存储设备上部署不同类型网络设备，并根据需要在多种网络位置按需运行。虽然NFV已经成为运营商网络演进的基础，但是网络演进过程中NFV也面临一些无法回避的问题。如今，5G时代即将来临，如何推动NFV快速成熟关系5G网络能否顺利商用。

NFV进展和问题

2012年10月，AT&T为首的13家运营商在德国SDN大会上首次提出NFV概念与构想。NFV产业蓬勃发展，逐渐成为全球运营商电信网络演进与变革的首选项。5年多的时间无论在标准化、产品解决方案还是实际商用部署方面，NFV都取得了令人瞩目的成就。如图1，ETSI ISG NFV迄今已发布了三版NFV技术规范，涵盖了需求与可行性、框架与互操作以及大规模商用部署三方面的技术标准。

同时，业界主流厂家NFV解决方案也跨越了虚拟化、云化以及云原生三个阶段。虚拟化阶段从专属封闭走向开放，实现软硬件解耦，将网络功能软件与底层硬件分离。云化阶段引入云计算的集约化供给和自动化生产特征，实现了硬件资源池化、网络功能和资源的统一管理、自动编排、自动部署和弹性伸缩；云原生阶段从软件编程上重构了网络功能，以更科学、更灵活的组件和服务化的在线共享方式实现快速动态地拼接出新业务。

市场研究表明，2013—2018年全球NFV市场年均复合增长率为51.57%，到2020年将达到450亿美元。截至2017年底，NFV在全球已实现规模商用，主要商用部署集中在核心网（包括vEPC、vIMS、vPCRF等）、边缘及汇聚网络设备（包括vBNG/vBRAS、vSBC、vCDN等）以及创新业务（包括vCPE、 SD-WAN、Live-TV等）三个领域。根据咨询机构Global Data的信息，至2017年12月仅虚拟化EPC商用合同或部署案例已超过230个。

尽管NFV技术和解决方案发展非常迅速，多数运营商也希望尽快演进到NFV网络，但是越来越多的电信运营商发现，NFV的实施过程比最初以为的困难。一方面，NFV本身有一些问题需要完善，另一方面电信网络自身的发展也不断对NFV提出新的需求。当前，NFV面临的主要问题包括：

● 云原生以及服务化架构的统一管理及互操作

云原生NFV提出的微服务架构不仅让运营商摆脱专用硬件，还能动态扩展网络功能，提高业务部署的灵活性和效率。但目前大部分VNF只是从旧的平台移植到虚拟机中运行，各厂家的微服务重构都是基于自己的私有实现，并不能彼此开放、融合和互操作、实现统一管理，电信网络的云原生面临传统网络时代的“七国八制”混乱局面，只不过从硬件形态转移到软件层面。

● NFV运维和运营模式有效对接垂直行业

统一的MANO如今仅仅提供了NFV网络服务的部署和编排能力，无法与BOSS系统有效协同以实现包括异厂家和不同网络域端到端的网络服务，满足各种垂直行业客户的差异化服务的定制需求。更进一步，垂直行业客户对运营商提供的网络服务有监控、优化甚至DevOps等自管理需求，这就需要封装多厂家组件分层解耦部署的复杂性，提供应用层面的API，实现从规划、设计、测试到部署、开通、优化等全流程的自动化管理能力平台，以方便垂直行业合作伙伴利用网络服务开展自己的业务。 

● 基础设施能力演进

NFV构建在通用硬件以及虚拟化资源管理系统组成的基础设施上。随着电信网络的不断发展，脱胎于IT领域的基础设施相关技术还需要在高可靠、高性能、实时性、可维护性、安全性、轻量化等方面不断优化，以满足CT网络的应用需求。

● 开放性和集成工作的平衡问题

多厂商组件化环境使得运营商的网络服务自身集成难度加大，多层解耦架构的互操作性相比预期面临着更大的挑战，现有的规范不足以实现多厂商之间无二义性的对接，测试也由于各运营商的需求不一致以及缺乏细致的规范而面临困难，依然需要在各种开源框架、ETSI规范的基础上对NFV进行实操层面的技术规范细化。

5G商用将推动NFV进入新阶段

2018年6月13日，3GPP全会（TSG#80）批准了5G独立组网（SA）功能冻结，标志着真正完整意义的国际5G标准正式出炉。5G SA网络基于SDN/NFV，某种意义上，是SDN/NFV催生了新的5G核心网架构，赋能垂直行业的智慧化发展，为运营商和产业合作伙伴带来新的商业模式，使得4G网络改变生活方式，5G网络改变生产方式得以成为现实。5G SA网络采用了不同于4G的全新网络，提出了标准化的SBA架构，基于切片的运维管理以及隐含的基础设施演进要求，使得NFV相关问题的解决有了新的推动力。

● 标准化的SBA架构

基于服务的软件架构（Service Based Architecture）是NFV在云原生阶段的核心特点，旨在实现软件功能的敏捷扩展和开放性。然而，长期以来，由于基础粘合框架与API接口各不相同，不同厂家的云原生网络功能并不能实现服务级别的相互调用。因此，在多厂家的电信网络运行环境中就形成了孤立的多个软件自治系统，无法实现异厂家的统一编排与管理。

3GPP SBA的重要意义在于对电信网络中的网络功能进行了服务化的标准化。该架构有三大特征：一是服务化组件，二是标准化的电信服务API，三是服务框架。具体而言，SBA将现在的网元按照功能的维度进行解耦，形成相互独立、模块化的功能，然后再通过服务化的方式，在统一的构架里按内聚的服务组织起来，采用标准API对外提供服务，每个服务组件都可以独立迭代更新，以快速支持新的业务需求。

基于SBA的5G网络因此具备更多优势：一是敏捷性，即5G网络服务可以快速、便利部署升级；其次是易拓展性，不需要引入新的接口设计，就可以向网络里增加新的网元及服务，服务间能够做到即插即用，自动注册和发现；第三是灵活性，可以实现网络功能的组合，满足网络切片的灵活性；最后是开放性，网络功能便于创建新的第三方业务调用。

● 基于切片运维管理

NFV在运维管理上创新提出了网络服务编排的概念，并采用MANO实现网络服务以及资源的统一编排。在此基础上，ETSI新成立的ISG ZSM进一步提出了 “Zero Touch” 全流程自动化运维理念。然而，由于电信网络的复杂性以及庞大历史积累，不是所有现有网络功能节点都能够按照ETSI NFV框架的要求实现基于虚拟化的编排和管理。5G网络在网络服务的基础上提出了基于切片的运维管理，有效地对接BOSS与MANO，实现如图2所示的包括终端、基站、承载、核心网甚至垂直行业业务在内的端到端网络切片服务。5G切片可以基于eMBB、uRLLC以及mMTC等不同类型的业务划分，也可以基于不同的垂直行业用户创建。可以临时动态地创建和删除切片服务以释放网络资源。一个用户可以同时接入到多个切片，一个切片也可以同时服务不同的用户。切片有自己的SLA保证并与其他切片相互隔离。在NFV网络服务的基础上拓展的5G网络切片为实现面向业务的管道资源、能力的智能化分配提供了基础，使得运营商可以为不同业务场景提供差异化的服务。

● 从中心到边缘的分布式云基础设施

传统虚拟化技术KVM、OpenStack并不能完全满足4G网络的需求，因为电信网络对传输时延要求很高，频繁的抖动将会给客户体验带来致命打击，同时电信网络本质上是一种延伸到用户侧的管道连接，在靠近边缘的地方需要轻量化的灵活性以满足供电、占地和远程管理的需要。对于引入uRLLC和MEC的5G网络中这些问题就更加突出。容器技术由于其运行时的轻量化和应用部署的高效性，既可以保障通信的实时性，又可提高电信业务部署的灵活性和业务不中断升级能力。SBA架构一定程度上已经为5G网络在容器上的适配做了准备。随着基于NFV的5G网络新需求的提出，容器技术也在针对NFV进行增强，如网络性能加速，SDN多网络平面适配等。虽然目前NFV还没有基于容器大规模商用，但是5G网络的多业务需求一定会推动如图3所示的满足从网络中心到边缘、构建在混合资源池上的分布式电信云基础设施的诞生。

综上，NFV经过一段时间的发展，已经成为电信网络重构的重要基础技术，5G的发展离不开NFV带来的成本、开放性、灵活性优势。随着5G网络商用进程的推进，5G商用也将助力尽快接近NFV相关问题，推动NFV进入一个全新的发展阶段。