软件定义网络与网络功能虚拟化技术的网络敏捷性和服务敏捷性 - 全文

1、网络敏捷性

为了满足网络敏捷性所要达到的程度的要求，而且为了探索对由Networked Society（网络化社会）及数字经济所带来的挑战的解决方案，软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术均可以扮演重要的角色。

由于“网络虚拟化”具备“以虚拟化实体的形式提供物理网络资源”这一核心技术理念，已经被成功地部署到通信网络之中。这方面的经典实例包括VPNs（虚拟专用网络）、VLANs（虚拟局域网络）以及CDN（内容分发网络）。进一步地，在2012年，一批服务提供商又开始发起了网络功能虚拟化计划，旨在把IT（信息技术）领域（主要是数据中心及服务器“农场”）先进且成熟的技术理念转移运用到底层通信网络领域。

换言之，如何把网元设备的功能虚拟化（以从成熟商用计算技术的部署中获得最大效益）、同时提高服务敏捷性及服务效率？答案就在于软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术。

（1）网络功能虚拟化技术

从纯粹的技术角度而言，“网络功能虚拟化”是把NFs（Network Functions，网络功能）从硬件设备中解耦合出来，通过采取虚拟化技术，可以把网络功能以软件的形式从硬件设备中分离出来。这样一来，就带来了非常大的组网灵活性：网络功能的部署方式将是动态化的、能力的大小程度将是弹性化的，而且将可按需为用户提供。从而，业界普遍认为，网络功能虚拟化技术的部署将会带来通信网络总体拥有成本以及能耗的降低、底层通信网络部署速率以及效率的提高。

（2）软件定义网络技术

软件定义网络技术为底层网络提供软件编程的定义与管理能力，从而把复杂的底层实现从运行于网络之上的上层应用中抽象化出来。从纯粹的技术角度而言，软件定义网络技术把底层通信网络的控制平面与用户数据平面分离开来。一般地，服务提供商可利用软件定义网络技术来获得其底层基础网络的全局化视图。跨网路层级、跨域地部署软件定义网络技术可以使通信运营商及服务提供商获得对于底层基础网络的端到端的软件可编程能力。

（3）软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术的融合

业界融合软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术的原始初衷在于把上层服务从底层资源中解耦合出来。目前，业界所提及的软件定义网络技术，一般指的就是软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术的融合。两者的融合还可以提供其他效益：使得上层服务与底层资源的生命周期管理可超越已有的多个物理限制。目前，业界已经可以实现在无需新增部署底层物理资源的情况之下，提供软件定义网络技术/网络功能虚拟化技术服务的实例化。而此种灵活性就正是实现“网络灵活性”的关键所在。

2、服务敏捷性

为最终实现服务敏捷性，运营支撑系统/业务支撑系统的设计可遵循这样的原则：从原生地支持软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术功能的基础网络架构域中进行功能分离。

同“网络敏捷性”的实现途径相同的是，软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术也将在“服务敏捷性”的实现中扮演关键的角色。

图1所示为在部署了软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术的通信网络之中，运营支撑系统/业务支撑系统及SE（Service Enablement，服务使能）架构。其中的主要功能模块是：运营支撑系统、业务支撑系统、服务使能系统、网络功能模块、设备（用于汇聚底层物理资源）、云计算系统基础设施以及传输模块。

 

图1 基于软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术的运营支撑系统/业务支撑系统及服务使能架构

 

在图1中，一个网络功能可通过原生的、未进行虚拟化的物理网络功能单元来实现，也可通过一个虚拟化的应用或者一个虚拟化的网络功能来实现。从网络管理的角度而言，可跨越两个相互正交的平面来对网络功能进行管理：

（1）网络功能域管理平面（如图2中所示的相关部分）。其对各个网络功能的运行需求进行支撑，包括对网络功能进行故障管理、性能管理以及精准配置；

（2）支撑资源管理平面（如图2中所示的vAPP管理单元），为各个网络功能在其整个生命周期之内提供资源支撑。

图1中的云计算系统基础设施模块可以跨越其中提供的不同实例与技术，对各类虚拟化的资源进行汇聚与管理（欧洲电信标准协会对此的术语规范为NFVI+VIM——网络功能虚拟化基础设施+虚拟基础设施管理）。注：此处所提及的“虚拟资源”指的是对底层物理网络资源、物理计算资源与物理存储资源的抽象化。多个上层应用可以共享使用这些虚拟资源。

在云计算基础设施的部署中，通常是以上文图1中所示的传输网络连接结构来扩展至多个不同的物理站点，而且可具有单独的管理平面。可以使用部署了软件定义网络技术的资源基础设施将网络连接功能编排在一起，有效地部署可提供网络服务的vDC（虚拟数据中心）或者虚拟化的资源切片。

注：（1）一个虚拟数据中心是对数据中心的一个实例化（面向每个租户），具有灵活的网络拓扑，可提供基本的网络、计算与存储服务，还可提供诸如防火墙、负载均衡等更为复杂的服务。一个虚拟数据中心可以跨越多个位于不同物理位置的数据中心，也可能是单个数据中心里的基础设施子集；（2）一个虚拟化的资源切片指的是对于虚拟数据中心的独立视图；（3）一个NS（Network Service，网络服务）单元由VNFs（虚拟网络功能）单元、PNFs（物理网络功能）单元、虚拟链路以及虚拟网络功能转发路径单元（用以支撑通信服务）组成。

运营支撑系统/业务支撑系统及服务使能架构平面的功能在于：

（1）体验与保障：对服务提供进行保障；

（2）与用户/客户及第三方合作伙伴进行交互：通过多个通信渠道，使用户/客户及第三方合作伙伴与支撑系统进行交互；

（3）订单管理；

（4）收益管理：提供面向任何产品或者服务的收费能力；

（5）资源管理：对于各类虚拟资源与物理实体资源，提供统一的库存管理；

（6）业务清单；

（7）用户、客户及第三方合作伙伴管理；

（8）企业目录（由产品、业务及资源组成）；

（9）服务使能：向第三方合作伙伴提供底层能力（比如，以应用编程接API的形式），便于其进行业务创新。

部署了软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术的网络中，运营支撑系统/业务支撑系统及服务使能架构平面可提供积极地引入新兴虚拟网络功能以及vAPPs的能力。换言之，可在专用的虚拟资源切片中对新兴虚拟网络功能以及vAPPs进行实例化。同时，还可在另一个虚拟资源切片中执行相同网络功能的实例化。将用户从旧的网络功能/应用向新的网络功能/应用重定向可以逐步地进行，以将其所产生的相关影响降低到最小的程度，并以对用户透明的方式进行软件可编程管理。

（1）快速的业务创新

对于软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术服务的封装、并将其与其他数字资产融入到产品供应，运营支撑系统与业务支撑系统可提供必要的相关功能。此外，这些后台支撑系统也对产品的生命周期进行管理（包括产品展现、销售与计费等）。

但是，通信运营商及服务提供商在当下所面临的最大挑战之一是TTM（Time to Market，上市时间）。对于一项产品服务，缩短其从最初概念到最终交付所需的时间，关键在于对于业务流程要有着很好的理解，以不断地提高相关过程的自动化水平。如果具有优秀的业务流程设计，就可以交付预先配置的解决方案及套件，从而就可进一步地加速额外业务流程的创新，并提高引入各类新兴业务的速率，与此同时，还可维持相关集成/整合的灵活性与能力。

由于软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术促进了各类新兴业务的上市，这些技术对于业务流程（从理念信息到其具体实施，比如规划、设计与部署）就可产生最重大的影响。

图2所示为整个规划、设计与部署过程中的环节示意。其中展示了面向从服务及资源（由多个功能域进行管理）创建产品提供的可能场景。

 

图2 从理念到实现的产品发展阶段

 

在运营支撑系统/业务支撑系统内部，图2中所示流程的主要逻辑功能即为逻辑创建环境。资源与服务规范以及产品供给均是在此环境之中创建出来的，从而最终形成产品目录。

此外，图2中所示流程可以被分成多个规范阶段来予以实施，包括：网络功能规范、资源资源以及服务规范。

（2）网络功能规范

“域管理”模块使用由网络功能规范所提供的信息来构造创建所期望业务服务的所需资源。在某些情况之下，网络功能规范是由网络供应商所提供的一个现成规范。

（3）资源规范

网络功能单元所需求的虚拟基础设施资源是云计算系统基础设施要对外（第三方合作伙伴）提供的，需对其进行规范化。这些资源是通过虚拟数据中心以及vAPP模板进行描述的，而且可能由供应商来提供。

（4）服务规范

对于“服务连通性的传输方式”的描述也将会对外（第三方合作伙伴）提供，而且还可将其与由市场需求所定义的各类目标服务捆绑在一起，并融入到产品供应之中。这些产品供应可能会以任何一个从业主体为目标（比如：媒体服务提供商、健康与保健服务提供商）。服务规范包括对与目标行业用户相关的特定服务特征的定义。

这种以目录驱动的模式促进了各类新兴服务的提供，其中所采取的的方式为：基于一定的原则（比如：服务与可重复使用定义的模组化，以创建出更为丰富的、集成的服务以及产品供应）进行简单的建模。这就是上文图3中所示流程的几个主要“支柱”之一，并可通过对于集成/整合的简化来进行补充处理，主要包括：标准接口、预先集成以及整个端到端流程的自动化。

（5）即时可用型服务

对网络功能的虚拟化处理以及把软件从硬件设备中解耦合出来，使得跨越各个功能域的服务流程可以实现全自动化（如图3所示）。对此过程进行自动化处理的环节，包括对网络功能单元整个软件栈（其被封装于业务之中）的实例化，可减小从业务订阅到服务激活的整个过程所经历的时间，并可提高对底层物理实体资源的利用效率（这是由于，在使用之前，可迅速地获得所需资源的分配）。

 

图3 新兴服务的创建流程

 

SOA（Service-Oriented Architecture，面向服务的架构）以及各类创新型的微服务可提供软件可编程接口（此类接口的设计依据是成熟的相关行业标准），并可为整个端到端流程的业务编排与自动化作出一定的贡献。这些均为核心架构原则的组成部分，并与通用的信息模式组合在一起，采取应用编程接口APIs对外（第三方合作伙伴）提供服务，从而就可以达到简化系统集成/整合之效。这些关键的原则使得网络功能及其所需资源的实例化成为可能，并促进了从服务与资源之中创建产品供应的进程——这些服务与资源被定义在不同的域之中，包括：运营支撑系统/业务支撑系统、传输系统、云计算系统基础设施以及IT（信息技术）系统。