网络虚拟化技术在网络优化中的应用策略研究

华

程

渊中博信息技术研究院有限公司袁江苏省南京市210012冤

摘

要

随着移动互联时代的到来袁对于电信运营商来说业务发展面临互联网的挑战袁

业务模式的改变必然导致网络重构和运营重构袁未来网络功能以实现业务灵活提供尧提高运营效率为目标遥网络虚拟化技术可以使业务部署更敏捷袁运维管理更简单袁网络选择更自由从而为电信运营商带来新的发展空间遥因此袁在融入网络虚拟化技术使用的基础上袁网络优化模式也随之改变袁从而更好地支撑电信运营商的业务需求袁进一步促进电信运营商的发展遥关键词

网络虚拟化曰5G曰网络优化曰软件定义网络

0引言

2013年袁13家运营商联合形成了NFV渊网络功

的专用网元遥一方面袁在基于使用X86服务器的基础上袁能够将IT设备的成本控制在可观的范围内袁因此投资成本能够得到有效的降低曰另一方面袁使用API渊应用编程接口冤能够帮助电信运营商获得快速部署灵活网络的能力遥

概括地说袁NFV网络虚拟化的过程主要包括院硬件通用化硬件共享袁软硬件解耦网元软件化袁引入资源管理理念灵活调度袁软件可编程网络智能连接四个步骤遥

1冤硬件通用化硬件共享

统一采用X86标准的技术构架实现底层硬件标准化袁有利于资源池化便于集中化运营遥

2冤软硬件解耦网元软件化

采用虚拟化技术实现软硬件解耦电信网元软件化袁将上层业务云化底层硬件标准化有利于网络结构灵活调整遥

3冤引入资源管理理念灵活调度

引入网络功能虚拟化管理和编排系统袁实现网元资源灵活调度袁分层运营加快业务上线与创新遥

4冤软件可编程网络智能连接

软件可编程网络与网络虚拟化都采用了控制与承载分离的思想袁SDN渊软件定义网络冤的核心是软件可编程网络袁NFV的核心是网元功能虚拟化遥简单地说就是SDN的落脚点是在IP网络策略及路由转发的软件集中控制上袁而NFV的落脚点是在传统

能虚拟化冤袁通过ETSI渊欧洲电信标准化协会冤给出的定义能够明显看到袁网络功能虚拟化的实现离不开对虚拟化技术的使用遥一般情况下袁电信设备使用的是竖井式体系袁但在网络功能虚拟化中袁融入了对网络功能虚拟化管理和编排这一体系遥NFV是未来网络的基础性技术袁不仅能够促进基础通信网络的进一步发展袁还能够促进软件化的实现和网络业务的拓展遥为了应对5G的需求场景袁并满足网络及业务发展需求袁核心网虚拟化是NFV在移动网络中的具体应用袁将会使网络更加灵活尧智能尧融合和开放遥

1网络虚拟化技术概述

在经历了模拟通信尧数字通信尧IP化通信后袁当

前通信网正加速转向以虚拟化尧软件化技术为引领的通信4.0时代遥NFV技术将是引爆通信4.0时代的最关键技术袁彻底改变了通信网络竖井式架构中封闭不灵活尧开放性差等缺陷袁驱动IT渊信息技术冤/CT渊电信技术冤深度融合遥

NFV技术的本质是实现硬件资源与软件功能的解耦袁通过网络虚拟化技术利用通用的IT设备实现各种网络设备功能遥其最终目标是通过X86服务器袁存储和交换设备来取代电信运营商网络中私有

2019年第6期论文选粹程中袁不会出现系统冲突的问题遥虚拟化层即VMM渊虚拟机监控器冤遥

b冤虚拟资源管理是一个分布式虚拟资源渊计算尧

网络网元功能实现的变革上遥通过SDN软件可编程袁提升网络连接智能化水平袁网络能力开放袁快速响应客户需求遥

2网络虚拟化技术方法简介

网络虚拟化技术的组成部分不仅包括核心架

网络尧存储冤的管理平台袁包括一系列开源组件和标准接口协议袁以及计算尧网络尧存储尧鉴权和监控等功能组件遥每个功能组件都单独命名袁各组件之间有相互调用关系袁在管理虚拟资源的同时袁也能实现部分裸机管理功能遥

c冤网络编排是指网络维护人员基于云管理平台的网络编排功能袁通过统一的资源管理尧自动化的流渊网络服务模板冤尧VNFD渊虚拟网元模板冤袁创建网弹性扩展和自愈袁达到提高资源利用率的目的遥

d冤云管协同主要实现云基础设施的统一管理尧为上层应用提供虚拟机资源以实现VNF网元全生命周期管理遥网管主要实现业务层面的性能统计尧告警尧故障尧配置等遥NFV打破了电信网设备统一管理模式袁将IT资源管理和网元功能管理分解成了两条管理路径袁但是VNF故障可能发生在VNF软件层尧虚拟机尧Hypervisor或硬件等各层面袁因此需要云管和网管协同遥

3冤部署方式

根据NFV三层架构的解耦程度袁NFV的实际部署可分为五种方式院单厂家尧共享源池尧软硬解耦尧厂家虚拟化层的三层解耦尧自主虚拟化层的三层全解耦遥从整体架构考虑袁三层解耦是发展方向遥但三程尧资源调度和调整策略袁采用事先定义好的NSD

构袁同时也包括关键技术尧部署方式等遥

1冤核心架构

NFV渊网络功能虚拟化冤核心架构主要可以分为3个模块袁如图1所示遥

a冤VNF虚拟网络功能单元袁将电信网络中的现有物理网元袁以软件模块的形式融入到NFV1中袁以此促进网络功能虚拟化的实现遥

b冤MANO渊NFV管理与编排冤系统用于整体编排和控制管理袁将网络服务从业务层到资源层自上而下地分解遥

c冤在OSS渊运营支撑系统冤/BSS渊业务支撑系统冤中袁OSS为传统的网络管理系统袁BSS为传统的业务支撑系统袁包括计费袁结算袁财务袁客服袁营业等功能遥

2冤关键技术

NFV关键技术可以划分为4大类型袁主要包含虚拟化技术袁虚拟资源管理袁网络编排袁云网协同遥

a冤虚拟化技术能够使一台计算机以一台或者多台的形式存在遥每一个虚拟的计算机所对应的系统以及CPU等硬件都具有一定的性袁同时基于融入对虚拟化层的使用袁各个虚拟计算机在运行的过

络尧网元袁实现资源池资源的按需使用袁业务网络的

图1NFV核心架构示意图

论文选粹层全解耦方案需要进行三层的全量异厂家配对测试袁测试复杂度较高袁集成难度较大袁建议采用确定虚拟化层的三层解耦为目标方案遥确定虚拟化层的三层解耦还可以分为厂家三层解耦和自主三层解耦两种方式遥

2019年第6期4网络虚拟化技术对网络优化模式的改变

国家明确提出积极推进第五代移动通信和超宽

带关键技术袁启动5G商用的要求遥未来中国电信运营商将进一步推动网络智能化尧业务生态化尧运营智慧化的内涵向泛网络智能袁广业务生态袁精智慧运营方向发展遥

移动通信系统从第一代到袁经历了迅猛的发展袁现实网络逐步形成包含多种无线制式袁频谱利用和覆盖范围的复杂现状袁多种接入技术长期共存成为突出特征遥在5G时代同一运营商拥有多张不同制式网络的情况将长期存在袁如何有效运行和维护4G尧5G尧WLAN等多制式网络袁减少运维成本袁提升用户感知将是网络优化所面临的一大课题遥4.1多制式网络中的多样化问题

电信运营商的多制式网络存在多样化的问题袁在对网络进行优化的过程中袁普遍存在以下问题院

a冤网络构架复杂袁多网络融合构架包括4G袁5G和WLAN等多个无线接入网和核心网使网络改造复杂遥

b冤数据分流压力大袁多网络融合中数据分流机制要求用户面数据能够灵活高效地在不同接入网传输袁将各接入网络底层传输影响最小化遥

c冤连接与移动控制性要求更高袁4G尧5G尧WLAN网络并存袁各个网络在运行的过程中袁会存在一定程度的干扰袁同时网络优化措施较为单一遥4.2网络优化模式的发展过程

依照以上所述袁在对网络问题进行优化的过程中袁必须融入对网络虚拟化技术的使用袁整体而言袁能够将网络优化模式的发展过程划分成三个不同的阶段遥

4.2.1第一阶段

在该阶段中融入了对智能运维网的使用遥实现网络设备及连接控制的软硬分离袁集中管理尧动态调度各种资源袁提供更灵活的网络功能设计和结构规划空间袁使得集中化尧均质化成为可能袁从而实现基于全量信令的采集的网络优化工作袁并通过自适应等新功能实现网络的自动优化遥4.2.2第二阶段

在该阶段中融入了对私人定制网络的使用袁通

3网络优化模式演进历程

基于技术以及市场等多方面进一步发展的基

础袁通信企业若想得到长期持续发展袁必须对网络质量给予重视袁合理配置和使用相关的网络资源遥基于对网络优化平台的使用袁依照相关的宏观数据信息袁能够使网络布局得到进一步的优化遥依照网络优化技术所对应的演进历程袁能够将其划分成四个不同的发展阶段遥

第一阶段袁分类统计模式袁在该阶段中以数据管理和数据维护为主袁所管理维护的数据类型较多袁包括但不限于前台DT/CQT数据袁测量数据袁故障数据遥在对网络进行优化的过程中袁不仅融入了对告警信息的考虑袁也融入了对KPI指标参数的考虑遥网络问题具有一定的分散性袁因此在网络优化过程中的效率较低袁网络在发展的过程中也受到了一定的影响和遥

第二阶段袁业务评估模式袁在该阶段中依托相关的数据信息完成对网络的优化袁不仅能够对网络资源做出详细的分析袁还能够完成MR故障分析遥除此之外袁也能够有效地完成信号质差分析等遥

第三阶段袁接入网尧核心网专网模式袁在该阶段中融入了对度透视的使用袁在优化和解决网络问题的过程中袁融入了对KPI指标参数的使用袁同时也对用户感知做出了详细的分析袁并且能够通过节点将分析结果回传遥

第四阶段袁端到端模式袁主要将传统网络的接入网和核心网通过网络虚拟化技术转换为接入云尧转发云尧控制云袁使网络更加灵活尧智能尧融合和开放遥在完成构建度透视的基础上袁能够完成多方面的分析袁包括但不限于业务分析以及终端分析遥基于对用户感知的分析袁能够有效地完成对终端分析袁因此进一步满足用户的相关需求遥除此之外袁在该阶段中袁不仅完成了对网络的优化袁也有效地促进了网络价值的提升袁并且投资成本也得到了有效的降低遥

2019年第6期论文选粹虚拟化院采用开放的Hypervisor软件层以及资源管理软件袁从而完成硬件和软件的分离遥

通用化院硬件的IT计算以及存储等方面都严格依照相关标准遥

云端化院能够有效的完成虚拟资源配置遥自动化院能够和SDN进行融合袁在基于对SDN这一技术使用的基础上袁完成对网络的配置遥4.3.3通过SDN技术实现数据中心内和数据中心间的IP资源及策略调度

1冤技术方法

虚拟资源管理将转发面进行技术处理袁使转发面以转发模型的形式存在袁基于对SDN控制器使用的基础上袁能够有效地完成对交换机行为的管理和控制遥

2冤技术特点

控制转发分离院能够有效地分离逻辑与物理两个网络遥逻辑网络在运行的过程中提升了性袁物理网络对其产生的影响也得到了有效降低遥

有开放编程接口院应用与网络得到了进一步的融合遥同时用户在对网络新功能进行开发的过程中袁具有了一定的自主性袁用户的需求能够得到进一步的满足袁并且也能够促进网络新功能的开发遥

集中式的控制院能够促进网络整体优化袁在对集中式控制的基础上袁无论是在日常使用方面还是在维护方面袁具有可操作性和便捷性遥除此之外袁后期维修的成本也得以降低遥

整体而言袁网络虚拟化技术将网络划分为接入云袁转发云袁控制云袁采用服务型网络优化的方法袁促进了对分析模型的构建遥同时袁在对网络进行优化的过程中袁优化方式也逐渐多样化遥除此之外袁在对网络问题进行分析的过程中袁分析效率得到了进一步的提升袁同时降低了成本遥

过网络虚拟化技术呈现了一个高度灵活尧可编程的网络袁能够实现与精细化的运营机制相匹配的网络配置定制化和业务推动定制化袁增强了网络的自动化能力袁大大减轻传统运营维护的压力袁提升运营维护的效率遥4.2.3

第三阶段

在该阶段中融入了对新型开放网络的使用袁主要用于测量网络容量以及相关的指标趋势遥同时在该阶段中袁基于对新型开放网络的使用袁相关的数据信息得到了开放遥

原有网络优化模式依靠网络虚拟化技术遥现在由以网络设备为单元袁依靠管理平台收集尧监管尧呈现网络状态袁保障网络质量转变的维护型网络袁优化为依靠软件实现层次化自动运维服务袁通过迭发不断提升服务能力的服务型网络遥4.3

未来的网络优化模式

预计袁在未来网络的新型架构中将以数据中心为基础袁各数据中心以云计算技术进行组织并放置NFV虚拟化的通信网元袁各数据中心间通过以SDN技术实现调度的IP承载网络进行连接遥由此可见袁未来网络优化模式发生的根本性变化将围绕以下三个方面袁详细技术特点介绍如下遥

4.3.1传统机房改造为数据中心袁机房内采用云计算技术组织

1冤技术方法

X86架构虽然在转发数据这一方面不具有较高的优势袁但在逻辑处理方面具有一定的适用性遥

2冤技术特点

软件加速院通过DPDK实现不经过VM内核处理直接访问袁最大程度发挥通用服务器的能力遥

硬件加速院通过内嵌在网卡NIC的专用芯片卸载CPU的数据处理袁提供更高的转发能力遥4.3.2传统通信网元通过NFV虚拟化技术实现软件化

1冤技术方法

NFV将传统通信网络设备功能软件化袁通过特定的虚拟化技术袁基于IT通用的计算尧存储尧网络硬件设备实现电信网络功能袁NFV将实现传统电信产业与IT产业的深度融合遥

2冤技术特点

5结束语

移动通信数据业务得到了进一步的拓展袁通信

企业不仅对网络质量给予了较大的重视袁同时对用户感知也给予了一定的重视遥在网络优化的过程中袁随着技术的不断发展袁优化方法逐渐具有多样化的特性袁在基于使用网络虚拟化技术的基础上袁网络问

渊下转第43页冤

2019年第6期论文选粹的道路上进行布控袁加强预警预报范围遥

端进行语音对讲尧广播或分组广播遥2.3

公路应急对回传图像的典型处理

公路应急除将实时图像用于应急调度外袁还把通过便携图像传输系统实时回传后的图像袁使用PIX4D软件实时分析袁可对重特大自然灾害进行快速评估遥根据结果制定应急救援尧转移安置方案和恢复重建规划遥该组合应用集综合现场调查尧遥感监测尧无人机测绘尧模型评估和上报数据于一体袁是公路行业提高重特大自然灾害评估结果准确度和精度的重要手段遥

无人机对管养公路进行飞行拍摄采集袁由便携图像传输设备将图像实时回传袁由PIX4D软件时将路面路基及周边设施设备进行三维建模袁作为公路资产的基础材料之一袁同时也作为在建项目资产管理信息系统路面路基及周边基础设备设施BIM建模的重要手段之一遥

在重点路段及水毁多发道路边坡设置标志点袁由无人机定期对标记点及其附近进行航拍袁并由便携图像传输系统实施回传图像遥通过对比历史图片袁观察标志点位移偏离距离尧偏离方向尧偏离加速度袁来对边坡进行预警预报遥使用无人机进行空中图像采集并用PIX4Dmapper生成正射影像图和DSM袁与购买卫星图片或使用机载激光雷达相比袁在成功监测滑坡方面袁它更加有效袁并节省了大量成本遥利用低成本尧高效率的优势可以大范围地在公路管养

3结束语

在公路应急通信中袁使用便携移动图像传输技

术袁可以提升公路应急通信网络的灵活性遥通过便携图像传输设备袁将前端航拍无人机尧图像采集设备有效连接袁满足公路应急通信在应急现场的野最后一公里冶图像采集的需求袁高效地将现场图像进行图像编解码袁通过4G移动通信传输通道尧卫星通道或海事卫星通道实时回传袁满足公路应急调度尧灾情上报以及评估尧公路抢通和预警预测等应急通信和管理的需求遥

总体来看袁整合的便携移动图像传输技术可以很好地运用于公路应急通信领域袁解决了公路应急现场图像实时传输的关键应用需求袁高质量的图像数据可以满足公路应急通信的决策需要遥在没有4G公网覆盖的时候袁利用卫星通道或海事卫星网络袁在使用先进的图像编解码技术后袁可以实现普通画质或低分辨率画质的图像传输袁供应急通信指挥调度之用遥

刘

亢渊1979要冤袁男袁工程师袁主要从事通信系

收稿日期院2019-01-02

统和工程建设方面的售前和销售管理工作遥

渊上接第35页冤

56

HILLERF.数据尧模型与决策咱M暂.任建标袁译.北京院中国财政经济出版社袁2006.

ANDERSOND袁SWEENEYD.商务与经济统计学精要咱M暂.陆成来袁译.大连院东北财经大学出版社袁2000.咱S暂.2013.咱S暂.2013.

ETSIISGNFV.NetworkFunctionsVirtualisation渊NFV冤ETSIISGNFV.NetworkFunctionsVirtualisation渊NFV冤

题得到了优化袁网络质量也得到了进一步的提升遥

参考文献

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材与装饰袁2016渊49冤院115-116.2

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大学袁2006.

78

3许小龙.云计算的虚拟环境技术探讨咱D暂.南京院南京大

华程渊1984要冤袁男袁硕士袁工程师袁主要从事

收稿日期院2019-03-13

ICT方面的新兴技术培训工作遥