以軟件仿真專用設(shè)備功能　NFV技術(shù)革新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)建設(shè)系以硬設(shè)備為核心，不僅易有兼容與互操作性問題，客制化設(shè)計難度及成本也相當(dāng)高，因此，以軟件仿真各種專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Functions Virtualization, NFV)技術(shù)逐漸抬頭，并已成為全球網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與電信商積極研發(fā)的新焦點。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的普及，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的營運商須部署各種專業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及相應(yīng)的軟件平臺，以支持愈趨多樣化的聯(lián)網(wǎng)需求。然而目前網(wǎng)絡(luò)建置普遍奠基于硬件思維，各式硬設(shè)備常有不兼容或無法互通的情形，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)營運商商在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)時，常須耗費大量部署時間及高額成本尋求合適的解決方案。若為大型網(wǎng)絡(luò)建置案，其規(guī)劃難度、期程與成本又將大幅提高。

　　為解決網(wǎng)絡(luò)營運商開始面臨的困境，更節(jié)省布建與維護成本、部署時更具靈活性的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Functions Virtualization, NFV)概念逐漸興起。其做法為，將原先部署于數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或終端用戶處的路由器、防火墻、負載均衡器(Load Balancer)、交換機、服務(wù)器等各式信息基礎(chǔ)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能，利用標(biāo)準(zhǔn)虛擬化技術(shù)，整合于共享的服務(wù)器、儲存設(shè)備與交換機中。換言之，諸如封包傳遞、路由、數(shù)據(jù)傳輸層控制權(quán)等網(wǎng)絡(luò)功能，將從各種網(wǎng)絡(luò)專有設(shè)備中搬移出并被標(biāo)準(zhǔn)化，改由一般網(wǎng)絡(luò)硬件及控制軟件進行協(xié)調(diào)管理，昂貴的網(wǎng)絡(luò)專屬設(shè)備將被取代。

　　基于NFV，網(wǎng)絡(luò)與電信營運商得以更為節(jié)省成本、彈性與靈活地處理客戶網(wǎng)絡(luò)建置需求，或適應(yīng)不斷變革的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，而不須經(jīng)由升級或更換專用設(shè)備來達成目的;也因部署服務(wù)與設(shè)備的周期大為縮短，可幫助營運商快速因應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)日新月異的變化，加速業(yè)務(wù)的拓展。對于中、大型企業(yè)而言，藉由各式信息專有設(shè)備的虛擬化，除推動革新商用服務(wù)時的相關(guān)部署較不因硬件受限外，亦能減少硬件資源浪費、提升使用效率、節(jié)約設(shè)備的擺設(shè)空間與可觀的用電成本。

　　以下將介紹目前推動NFV相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定的發(fā)展情形與其相關(guān)技術(shù)架構(gòu)。

　　電信商齊心推動　NFV標(biāo)準(zhǔn)制定如火如荼

　　目前NFV相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定事宜，主要由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)所推動?？春眯畔⒃O(shè)備網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化所帶來的影響與收益，營運商是參與NFV標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展活動最為積極的群體，尤其是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與電信營運商。2012年底，ETSI成立NFV產(chǎn)業(yè)規(guī)格小組(Industry Specification Group, ISG)，由ATT、CenturyLink、Colt、Telstra、Verizon、Orange、KDDI、日本電信(NTT)、英國電信(BT)、中國移動、德國電信(Deutsche Telekom)、意大利電信(Telecom Italia)、西班牙電信(Telefonica)等十?dāng)?shù)家具指標(biāo)性的大型營運商所主導(dǎo)，目前全球已有超過一百五十個組織成員加入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)工作的推動。

　　ETSI NFV ISG除公布NFV標(biāo)準(zhǔn)規(guī)畫時程與目標(biāo)外，亦發(fā)表白皮書說明標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展進度，包括NFV技術(shù)發(fā)展之愿景、優(yōu)勢與技術(shù)挑戰(zhàn)等。截至2013年10月，該小組已公開五篇GS(ETSI Group Specification)標(biāo)準(zhǔn)文件，其主要內(nèi)容如下列所述。

　　.NFV應(yīng)用案例(Use Cases)

　　該標(biāo)準(zhǔn)文件中描述數(shù)個NFV ISG初步認(rèn)為適合應(yīng)用NFV技術(shù)的情境或領(lǐng)域。

　　.NFV結(jié)構(gòu)框架(Architectural Framework)

　　該文件敘述NFV技術(shù)的高階功能架構(gòu)(High-level NFV Framework)、虛擬化網(wǎng)絡(luò)相關(guān)功能，以及虛擬化基礎(chǔ)建設(shè)之規(guī)畫原則等內(nèi)容。

　　.NFV術(shù)語文件(Terminology for Main Concepts in NFV)

　　該文件定義NFV ISG推動標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，所統(tǒng)一使用的專業(yè)術(shù)語。

　　.NFV需求文件(Virtualisation Requirements)

　　內(nèi)容描述欲實現(xiàn)NFV及其服務(wù)模式時，所牽涉的相關(guān)技術(shù)或商業(yè)需求。

　　.NFV概念證明(Proofs of Concepts; Framework)

　　該文件說明NFV ISG針對NFV相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)(Ecosystem)之互操作性的測試與驗證，所規(guī)畫發(fā)展的概念性證明架構(gòu)。

　　而2014?2015年，NFV ISG的預(yù)期工作，則為NFV愿景與現(xiàn)況實行之落差的相關(guān)議題探討，并將闡述NFV相關(guān)技術(shù)的未來發(fā)展方向。

　　NFV包含五大功能區(qū)塊

　　根據(jù)推動NFV標(biāo)準(zhǔn)制定工作的ETSI組織所釋出的標(biāo)準(zhǔn)文件，NFV的技術(shù)架構(gòu)如圖1所示，共可分為五個功能區(qū)塊，包括：「虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能(Virtualized Network Function, VNF)」、「網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)建設(shè)(NFV Infrastructure, NFVI)」、「網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化管理與協(xié)調(diào)流程(NFV Management and Orchestration, NFV MANO)」、「營運支持系統(tǒng)(Operation Support System, OSS)及企業(yè)支持系統(tǒng)(Business Support Systems, BSS)」、「服務(wù)、虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能及基礎(chǔ)建設(shè)描述(Service, VNF and Infrastructure Description)」，以下將就各功能區(qū)塊分別進行介紹。

　　圖1　NFV技術(shù)架構(gòu)

　　虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能

　　此功能區(qū)塊由各種不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能與網(wǎng)絡(luò)組件管理系統(tǒng)(Element Management System, EMS)組成，前者顧名思義，是由軟件的形式來實現(xiàn)原本傳統(tǒng)的非虛擬化網(wǎng)絡(luò)中，各類網(wǎng)絡(luò)硬件所具備的功能，例如第三代合作伙伴計劃(3GPP)長程演進計劃(LTE)EPC中的行動管理實體(Mobility Management Entity, MME)、服務(wù)網(wǎng)關(guān)(Serving Gateway, SGW)、封包數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)(Packet Data Network Gateway, PGW)等功能，家庭網(wǎng)絡(luò)中的家庭網(wǎng)關(guān)(Residential Gateway, RGW)功能，抑或傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能中的動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)、防火墻等功能。

　　一個VNF可被配置在一或多個的虛擬機(Virtual Machines, VM)之上，由EMS負責(zé)VNF的操作與管理，通常每個VNF各自具備相對應(yīng)的EMS對其進行操控，然有時一個EMS也可能同時管理多個VNF，EMS與VNF的配合操作取代傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的運作模式，不再須要布建各式網(wǎng)絡(luò)專用硬件。

　　網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)建設(shè)

　　NFVI即NFV架構(gòu)中最基本的基礎(chǔ)建設(shè)，主要包含虛擬資源(Virtualised Resources)、虛擬層次(Virtualisation Layer)、實體資源(Hardware Resources)三個功能區(qū)塊。其中，實體資源包括計算、儲存與網(wǎng)絡(luò)(例如路由器、有線或無線鏈接等)的硬件資源，虛擬層次則介于實體與虛擬資源之間，跨軟硬件進行整合，將硬件資源虛擬化之后，便成為可動態(tài)請求使用的虛擬資源。

　　所有VNF及EMS皆架設(shè)于NFVI之上，NFVI中無論是虛擬層次或硬件資源，由VNF的角度來看，皆被視為一體，用以提供VNF所需的虛擬化資源。

　　網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化管理與協(xié)調(diào)流程

　　NFV MANO功能區(qū)塊為NFV技術(shù)架構(gòu)中進行整體控管與協(xié)調(diào)的重要角色，主要包括流程協(xié)調(diào)(Orchestrator)、VNF管理(VNF Manager)與虛擬化基礎(chǔ)建設(shè)管理(Virtualised Infrastructure Manager)三個部分。每當(dāng)有軟件及硬件資源的需求時，NFV MANO將協(xié)調(diào)、驗證與授權(quán)相關(guān)資源的請求，同時負責(zé)管理VNF的生命周期(Lifecycle)，例如實例化(Instantiation)、彈性組織(Scaling)、更新、查詢、終止等。此外，NFV MANO亦負責(zé)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的策略管理(Policy Management)、效能量測與關(guān)聯(lián)事件的收集與轉(zhuǎn)送、與基礎(chǔ)建設(shè)相關(guān)資源的配置，例如為虛擬機添增資源、提升能源效率(Energy Efficiency)、資源歸還(Resource Reclamation)等。

　　營運支持系統(tǒng)/企業(yè)支持系統(tǒng)

　　此功能區(qū)塊代表著營運商各自的營運支持系統(tǒng)與企業(yè)支持系統(tǒng)。對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或電信營運商而言，采用NFV技術(shù)架構(gòu)快速、靈活的進行網(wǎng)絡(luò)部署業(yè)務(wù)，以提供用戶各式便利服務(wù)的同時，必須考慮自身的營運業(yè)務(wù)模式與計費原則。因此，NFV MANO執(zhí)行資源調(diào)配取用的任務(wù)時，將參考營運支持系統(tǒng)與企業(yè)支持系統(tǒng)的角度來進行協(xié)調(diào)配置。

　　服務(wù)/虛擬網(wǎng)絡(luò)功能及基礎(chǔ)建設(shè)描述

　　由于NFV系統(tǒng)將朝向跨廠商或跨業(yè)務(wù)發(fā)展，其相關(guān)服務(wù)與整體運作過程中牽涉到許多資料的處理運算，NFV MANO進行流程協(xié)調(diào)管理時，必須辨識及參考相關(guān)數(shù)據(jù)，這些信息便定義于「服務(wù)、虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能及基礎(chǔ)建設(shè)描述」數(shù)據(jù)文件(Data-set)中，內(nèi)容可能含有VNF部署范本(Deployment Template)、VNF轉(zhuǎn)送圖(Forwarding Graph)、NFVI信息模型(Information Model)與各式服務(wù)相關(guān)信息等。

　　其中，VNF轉(zhuǎn)送圖可包括端到端(E2E)服務(wù)描述與績效指針(KPI)數(shù)據(jù)、各VNF描述及實體網(wǎng)絡(luò)功能描述的數(shù)據(jù)與相關(guān)鏈接(Link)、實體與邏輯接口描述數(shù)據(jù)等信息。

　　NFV降低硬件建置與維護成本

　　NFV將既有專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能以軟件的方式虛擬化，并經(jīng)由云端運算(Cloud Computing)相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)，藉此可快速、靈活與彈性的部署網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，縮短設(shè)備配置周期，降低硬件建置與維運的成本，同時提升服務(wù)推陳出新的效率與便捷性，進一步為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與電信營運商創(chuàng)造更高營收。資策會產(chǎn)業(yè)情報研究所(MIC)認(rèn)為，NFV為2014年重大科技產(chǎn)業(yè)趨勢關(guān)鍵技術(shù)，此外，由于NFV的運作概念中，與網(wǎng)通業(yè)者積極推動的軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software-Defined Networking, SDN)技術(shù)擁有相通的核心精神，兩者具備互補整合之高度條件，可能于不久的將來掀起下一波網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)新革命。

　　另一方面，因NFV技術(shù)發(fā)展時程不長，其標(biāo)準(zhǔn)制定組織ETSI NFV ISG亦才提出相關(guān)技術(shù)架構(gòu)不久，目前市面尚無足夠的設(shè)備產(chǎn)品或服務(wù)來實現(xiàn)與驗證，加上NFV的運作模式從根本上，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的硬件布建思維大相徑庭，虛擬化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與服務(wù)如欲普及，無論于技術(shù)接軌、實際營運或管理等方面，皆存在許多可能面臨的挑戰(zhàn)，如舊有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備架構(gòu)的更換、與現(xiàn)有系統(tǒng)或服務(wù)的兼容性、相關(guān)技術(shù)與網(wǎng)管人員的訓(xùn)練成本、因轉(zhuǎn)換新架構(gòu)與管理方案可能導(dǎo)致的業(yè)務(wù)影響或延遲等。

　　雖仍有如上述諸多技術(shù)議題待克服，然而網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)已是未來全球網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與電信營運商朝向的發(fā)展趨勢，原有網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)業(yè)生態(tài)必將受到?jīng)_擊，國內(nèi)網(wǎng)通硬設(shè)備商或相關(guān)業(yè)者應(yīng)及早思考因應(yīng)策略及配套措施，以期于未來網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)業(yè)變革之浪潮中站穩(wěn)腳步，搶占市場商機。