探析網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用

李秋菊 李淑英 楊慶 丁元良

摘要：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展與普及，引發(fā)了一場通信產(chǎn)業(yè)革命，國內(nèi)電信運(yùn)營商不斷推出新型業(yè)務(wù)模式，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，力圖為廣大客戶提供更加快捷方便的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，運(yùn)營商通過借助此技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)功能進(jìn)行優(yōu)化升級，擁有對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)施實(shí)時監(jiān)管能力，縮減了企業(yè)運(yùn)營成本，極大地提高了系統(tǒng)效率，有效避免了網(wǎng)絡(luò)擁塞問題發(fā)生。網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用為通信產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了新的增長點(diǎn)，運(yùn)營商也隨之獲得了廣闊發(fā)展空間。鑒于此，本文就網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用展開探討，以期為相關(guān)工作起到參考作用。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)技術(shù);虛擬化;優(yōu)化模式

1.虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢

更高的資源利用率：虛擬可支持實(shí)現(xiàn)資源池和物理資源的動態(tài)共享，特別是針對那些平均需求遠(yuǎn)低于需要為其提供專用資源的不同負(fù)載。降低管理成本：減少必須進(jìn)行管理的物理資源的數(shù)量;隱藏物理資源的部分復(fù)雜性;通過實(shí)現(xiàn)自動化、獲得更好的信息和實(shí)現(xiàn)中央管理來簡化公共管理任務(wù)。提高使用靈活性：通過虛擬可實(shí)現(xiàn)動態(tài)的資源部署和重配置，滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求。提高安全性：虛擬可實(shí)現(xiàn)較簡單的共享機(jī)制無法實(shí)現(xiàn)的隔離和劃分，這些特性可實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)和服務(wù)進(jìn)行可控和安全的訪問。更高的可用性：虛擬可在不影響用戶的情況下對物理資源進(jìn)行刪除、升級或改變。更高的可擴(kuò)展性：根據(jù)不同的產(chǎn)品，資源分區(qū)和匯聚可支持實(shí)現(xiàn)比個體物理資源小得多或大得多的虛擬資源，這意味著您可以在不改變物理資源配置的情況下進(jìn)行規(guī)模調(diào)整?；ゲ僮餍院屯顿Y保護(hù)：虛擬資源可提供底層物理資源無法提供的與各種接口和協(xié)議的兼容性[1]。改進(jìn)資源供應(yīng)：與個體物理資源單位相比，虛擬能夠以更小的單位進(jìn)行資源分配。與物理資源相比，虛擬資源因其不存在硬件和操作系統(tǒng)方面的問題而能夠在出現(xiàn)崩潰后更快地恢復(fù)。

2.網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的主要架構(gòu)和技術(shù)特性研究

2.1網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)系統(tǒng)研究

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化系統(tǒng)中最重要就是作為虛擬化運(yùn)行單元的VNF，新型VNF擁有即時編程和動態(tài)調(diào)節(jié)能力，能夠保證NFV展現(xiàn)最佳功效，不同制造商設(shè)計的NFV和VNF系統(tǒng)的基本接口標(biāo)準(zhǔn)與安全協(xié)議內(nèi)容不一致，必須由電信運(yùn)營商進(jìn)行調(diào)試后再進(jìn)行大規(guī)模部署。NFV標(biāo)準(zhǔn)化通用服務(wù)設(shè)施逐漸替代了老舊的專用服務(wù)平臺，在NFV的核心架構(gòu)體系中，MANO肩負(fù)著規(guī)劃服務(wù)步驟、分解網(wǎng)絡(luò)服務(wù)業(yè)務(wù)的任務(wù)，通過對虛擬網(wǎng)絡(luò)和底層基礎(chǔ)設(shè)備資源的調(diào)度，保證NFV服務(wù)的質(zhì)量與速度。虛擬化網(wǎng)路使用虛擬機(jī)替換了原有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的絕大多數(shù)物理構(gòu)件，數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)連接、基礎(chǔ)計算設(shè)備等物理資源在虛擬化后被轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)資源，其中被用來支持和組建VNF虛擬運(yùn)行單元的一部分網(wǎng)絡(luò)資源就是NFVI，NFVI的基本特性在于虛擬化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為滿足設(shè)備組網(wǎng)需求，為隨時調(diào)用上層模塊供給足夠的虛擬資源，NFVI必須有能力調(diào)配基礎(chǔ)的虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施資源支持多個VNF同步運(yùn)行，電信運(yùn)營商可采用OpenStack架構(gòu)部署NFVI虛擬化服務(wù)系統(tǒng)[2]。虛擬化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營服務(wù)層包含OSS和BSS兩大基礎(chǔ)模塊系統(tǒng)，OSS部分保留了原有的物理設(shè)備管理功能，BSS負(fù)責(zé)為OSS提供相關(guān)維護(hù)服務(wù)，例如日常經(jīng)營、成本核算、客服等工作。

2.2現(xiàn)階段虛擬化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系的主要技術(shù)特性分析

在新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化體系中，單一的計算機(jī)終端能夠以單獨(dú)形式或多臺并行形式提供系統(tǒng)基礎(chǔ)硬件服務(wù)。不同的虛擬機(jī)連接的系統(tǒng)和功能模塊以及自身硬件設(shè)備都擁有較高的獨(dú)特性與差異性，因此系統(tǒng)內(nèi)的各個基礎(chǔ)設(shè)備絕對不會發(fā)生互相沖突或擠占網(wǎng)絡(luò)通道的問題。NFV系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)部擁有一個系統(tǒng)性的虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源配置平臺，管理對象包括多層次的技術(shù)協(xié)議和各類承擔(dān)系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)功能（計算、傳輸、聯(lián)網(wǎng)、儲存等）的內(nèi)部構(gòu)件，不同構(gòu)件間可互相支持，系統(tǒng)資源可受運(yùn)營商控制流向，可隨時轉(zhuǎn)向需要基礎(chǔ)設(shè)備支持的領(lǐng)域[3]。

3.網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模式的改變

3.1多制式網(wǎng)絡(luò)中的多樣化問題

電信運(yùn)營商的多制式網(wǎng)絡(luò)存在多樣化的問題，在對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化的過程中，普遍存在以下問題：（1）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架復(fù)雜，多網(wǎng)絡(luò)融合構(gòu)架包括4G，5G和WLAN等多個無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)使網(wǎng)絡(luò)改造復(fù)雜。（2）數(shù)據(jù)分流壓力大，多網(wǎng)絡(luò)融合中數(shù)據(jù)分流機(jī)制要求用戶面數(shù)據(jù)能夠靈活高效地在不同接入網(wǎng)傳輸，將各接入網(wǎng)絡(luò)底層傳輸影響最小化。（3）連接與移動控制性要求更高，4G、5G、WLAN網(wǎng)絡(luò)并存，各個網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行的過程中，會存在一定程度的干擾，同時網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化措施較為單一。

3.2網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模式的發(fā)展過程

3.2.1第一階段

在該階段中融入了對智能運(yùn)維網(wǎng)的使用。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及連接控制的軟硬分離，集中管理、動態(tài)調(diào)度各種資源，提供更靈活的網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)規(guī)劃空間，使得集中化、均質(zhì)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)基于全量信令的采集的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作，并通過自適應(yīng)等新功能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動優(yōu)化。

3.2.2第二階段

在該階段中融入了對私人定制網(wǎng)絡(luò)的使用，通過網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)呈現(xiàn)了一個高度靈活、可編程的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)與精細(xì)化的運(yùn)營機(jī)制相匹配的網(wǎng)絡(luò)配置定制化和業(yè)務(wù)推動定制化，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的自動化能力，大大減輕傳統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)的壓力，提升運(yùn)營維護(hù)的效率[4]。

3.2.3第三階段

在該階段中融入了對新型開放網(wǎng)絡(luò)的使用，主要用于測量網(wǎng)絡(luò)容量以及相關(guān)的指標(biāo)趨勢。同時在該階段中，基于對新型開放網(wǎng)絡(luò)的使用，相關(guān)的數(shù)據(jù)信息得到了開放。原有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模式依靠網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)?，F(xiàn)在由以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為單元，依靠管理平臺收集、監(jiān)管、呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，保障網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量轉(zhuǎn)變的維護(hù)型網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化為依靠軟件實(shí)現(xiàn)層次化自動運(yùn)維服務(wù)，通過迭代開發(fā)不斷提升服務(wù)能力的服務(wù)型網(wǎng)絡(luò)。

3.3未來的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模式

預(yù)計，在未來網(wǎng)絡(luò)的新型架構(gòu)中將以數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，各數(shù)據(jù)中心以云計算技術(shù)進(jìn)行組織并放置NFV虛擬化的通信網(wǎng)元，各數(shù)據(jù)中心間通過以SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)度的IP承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。由此可見，未來網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模式發(fā)生的根本性變化將圍繞以下三個方面，詳細(xì)技術(shù)特點(diǎn)介紹如下。

3.3.1傳統(tǒng)機(jī)房改造為數(shù)據(jù)中心，機(jī)房內(nèi)采用云計算技術(shù)組織

（1）技術(shù)方法X86架構(gòu)雖然在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)這一方面不具有較高的優(yōu)勢，但在邏輯處理方面具有一定的適用性。（2）技術(shù)特點(diǎn)軟件加速：通過DPDK實(shí)現(xiàn)不經(jīng)過VM內(nèi)核處理直接訪問，最大程度發(fā)揮通用服務(wù)器的能力。硬件加速：通過內(nèi)嵌在網(wǎng)卡NIC的專用芯片卸載CPU的數(shù)據(jù)處理，提供更高的轉(zhuǎn)發(fā)能力。

3.3.2傳統(tǒng)通信網(wǎng)元通過NFV虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件化

（1）技術(shù)方法NFV將傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能軟件化，通過特定的虛擬化技術(shù)，基于IT通用的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)功能，NFV將實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電信產(chǎn)業(yè)與IT產(chǎn)業(yè)的深度融合。（2）技術(shù)特點(diǎn)虛擬化：采用開放的Hypervisor軟件層以及資源管理軟件，從而完成硬件和軟件的分離。通用化：硬件的IT計算以及存儲等方面都嚴(yán)格依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。云端化：能夠有效的完成虛擬資源配置。自動化：能夠和SDN進(jìn)行融合，在基于對SDN這一技術(shù)使用的基礎(chǔ)上，完成對網(wǎng)絡(luò)的配置[5]。

結(jié)語

為了占據(jù)市場優(yōu)勢地位，為通信行業(yè)創(chuàng)造發(fā)展空間，電信運(yùn)營商必須盡快使用虛擬化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，提高服務(wù)質(zhì)量和反應(yīng)速度，引進(jìn)云計算服務(wù)設(shè)備，采用最新的虛擬化架構(gòu)模式。

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