毋庸置疑,云計算是繼互聯網之后的又一次大的信息技術浪潮。云計算正在或已經成為信息產業的主旋律。進入2014年,似乎云計算已經不再像前幾年那樣火熱,產業界對云計算的關注度已經被大數據、可穿戴等新的名詞所超越,但這并不意味著云計算本身影響力的削弱,而是因為“云”已經成為ICT技術和服務領域的“常態”。產業界對待云計算不再是抱著疑慮和試探的態度,而是越來越務實地接納它、擁抱它,不斷去挖掘云計算中蘊藏的巨大價值。
2014年另外一個熱的發燙的概念是:“軟件定義一切”。軟件可以定義世界(SDW),軟件似乎正在成為世界的核心和靈魂,成為信息消費的重要引擎和重要內容。對ICT領域而言,軟件定義一切涵蓋ICT基礎設施所有領域,包括軟件定義網絡、軟件定義數據中心、軟件定義存儲、軟件定義服務器等。
對電信行業自身來說,在網絡技術更新、數據業務種類不斷豐富、智能終端迅速普及的推動下,網絡流量長期呈現高速增長的態勢,為應對這一挑戰,運營商不斷的擴容網絡,但由于數據類業務的經營者大多數情況下不是運營商而是內容提供商,導致網絡投資增長與營收增長形成越來越大的剪刀差。未來流量仍將維持高速增長已成為業界共識,要避免剪刀差日益擴大,須考慮如何降低網絡投資的增速,在這樣的背景下,電信業務平臺乃至電信網絡的架構都在發生著深刻的變化。這其中,以IT資源的集中化、池化和彈性部署為主要特征的“云化”成為電信網絡的顯著發展演進趨勢。特別是電信核心網的云化演進將引起電信技術體制的巨變。
1.電信網的構成的變化
傳統意義上的電信網(telecommunicationnetwork)的定義為:構成多個用戶相互通信的多個電信系統互連的通信體系,是人類實現遠距離通信的重要基礎設施,利用電纜、無線、光纖或者其它電磁系統,傳送、發射和接收標識、文字、圖像、聲音或其它信號。隨著電信業務的不斷豐富和技術的不斷演進,電信網的內涵和外延都在發生著巨大的變化。現行的電信網絡按照傳統的概念定義大概具備如下的層級結構和要素構成。
以移動運營商網絡為例,電信網絡具備“1+4”的體系構成,即業務網(智能網、短信彩信網關、WAP)、核心網、承載網和傳送網以及服務于四大網絡的IT支撐系統。而隨著電信網絡“云化”的推進,電信網絡呈現“管道化”、“平臺化”和“開放化”,電信網絡架構進一步扁平和“瘦身”,云時代的電信網絡架構可進行如下方式表達:
網絡控制與功能分離后的電信網絡,依托統一的虛擬化IT資源,大致可以定義為新的“4+1”架構:基礎網絡部分、智能管道部分、能力開放部分、支撐與安全部分以及云計算資源(含數據中心)。可以說云計算已經成為當下電信網絡資源的基礎。
2.電信網的演進
傳統電信網由終端設備、傳輸鏈路和交換設備三要素構成,運行時還應輔之以信令系統、通信協議以及相應的運行支撐系統。傳統電信網的特點是:按業務建網,網絡種類繁多,基礎網有基于TDM技術的電話網,基于分組交換技術的X.25網、F.R網與ATM網,業務網有E-mail網、EDI網、傳真存儲轉發網、可視圖文業務網、電報網、用戶電報網等近10個覆蓋全國的業務網。這些網中,除電話網是基于TDM技術外,其余全部是基于分組交換技術。這一階段的技術特點是,兩大技術(TDM與分組交換)并存,各自獨立發展。不論是電路交換或分組交換,全部采用面向連接的工作方式。
隨著因特網的迅猛發展,用戶對新業務的需求不斷增加,軟交換網絡應運而生。軟交換網絡采用業務與控制分離、承載與接入分離的思想,把傳統交換機功能實體離散分布在網絡之中。軟交換網絡是基于分組交換的網絡,在原有電路交換機的基礎上,將業務功能(業務提供)、控制功能(呼叫和信令控制)和接入功能(中繼和用戶接入)相分離,形成軟交換網絡的應用服務器、控制設備、信令網關和各種接入媒體網關。
IMS(IP多媒體子系統)是軟交換網絡的進一步研究和深化。IMS是一種全新的多媒體業務形式,它能夠滿足現在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業務的需求。IMS可以看作是一種新的軟交換技術。IMS是下一代網絡的核心技術,也是解決移動與固網融合,引入語音、數據、視頻三重融合等差異化業務的重要方式。IMS不僅可以實現最初的VoIP業務,更重要的是IMS將更有效地對網絡資源、用戶資源及應用資源進行管理,提高網絡的智能,使用戶可以跨越各種網絡并使用多種終端,感受融合的通信體驗。IMS作為一個通信架構,開創了全新的電信商業模式,拓展了整個信息產業的發展空間。
下一代網絡NGN(NextGenerationNetwork),主要思想是在一個統一的網絡平臺上以統一管理的方式提供多媒體業務,整合現有的市內固定電話、移動電話的基礎上(統稱FMC),增加多媒體數據服務及其他增值型服務。其中話音的交換將采用軟交換技術,而平臺的主要實現方式為IP技術,逐步實現統一通信。其中voip將是下一代網絡中的一個重點。NGN是傳統電信技術發展和演進的一個重要里程碑。從網絡特征和網絡發展上看,它源于傳統智能網的業務和呼叫控制相分離的基本理念,并將承載網絡分組化、用戶接入多樣化等網絡技術思路在統一的網絡體系結構下實現。因此,準確地說NGN并不是一場技術革命,而是一種網絡體系的革命。它繼承了現有電信技術的優勢,以軟交換為控制核心、以分組交換網絡為傳輸平臺、結合多種接入方式(包括固定網、移動網等)的網絡體系。NGN與現有技術相比具有明顯的優勢。
隨著軟件定義網絡(SoftwareDefinedNetwork,SDN)的概念提出并被業界廣為接受,傳統的封閉性電信網絡架構開始走向開放。SDN實際上并不是電信網自身演進路線的一個節點,也算不上一種新的網絡技術,它的出現有其歷史的必然性。
3.電信網的“軟件定義”與“云化”
現有網絡中,對流量的控制和轉發都依賴于網絡設備實現,且設備中集成了與業務特性緊耦合的操作系統和專用硬件,這些操作系統和專用硬件都是各個廠家自己開發和設計的。SDN是一種新型的網絡架構,它的設計理念是將網絡的控制平面與數據轉發平面進行分離,從而通過集中的控制器中的軟件平臺去實現可編程化控制底層硬件,實現對網絡資源靈活的按需調配。在SDN網絡中,網絡設備只負責單純的數據轉發,可以采用通用的硬件。而原來負責控制的操作系統將提煉為獨立的網絡操作系統,負責對不同業務特性進行適配,而且網絡操作系統和業務特性以及硬件設備之間的通信都可以通過編程實現。
SDN是電信網絡從封閉到開放的重要起點,更將電信網絡資源、計算資源的自動化部署能力進行了革命性的提升。SDN技術理念與云計算的理念非常類似,這也使得電信網絡開始進入“云計算化”時代。SDN同時是一個非常寬泛的概念,數據中心可以SDN,承載網絡可以SDN,甚至光傳輸網絡也可以SDN。
電信網絡的“軟件定義”與“云化”主要體現在:
一、基礎硬件平臺的主要變化是引入可編程特性,無論是轉發設備,還是計算及存儲平臺,新的硬件在保證性能的前提下,提供可編程的邏輯內核和易于調用的應用接口,以實現與業務無關的資源池化能力。
二、在基礎硬件之上加載虛擬化和云計算平臺軟件,它如同運行在電信網絡之上的操作系統,對計算、存儲、網絡等網絡資源進行管理和調度,并為上層業務功能提供開放的運行環境。云平臺軟件必須具備高度的開放性,向下支持多種硬件共存的異構網絡環境,向上提供健康的生態系統。
三、NFV(網絡功能虛擬化,并不是必須)架構將硬件、中間件與軟件實現解耦,因此各類上層業務和功能作為軟件模塊能夠進行靈活的集成與部署。這一目標架構對現網傳統電信業務、未來的ICT業務均能夠實現更高效的支撐,開放平臺的引入則對網絡OAM帶來了一場新的革命。
4.電信核心網的虛擬化(NFV)
NFV,即網絡功能虛擬化,NetworkFunctionVirtualization。通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術,來承載很多功能的軟件處理。從而降低網絡昂貴的設備成本。可以通過軟硬件解耦及功能抽象,使網絡設備功能不再依賴于專用硬件,資源可以充分靈活共享,實現新業務的快速開發和部署,并基于實際業務需求進行自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等。NFV的最終目標是,通過基于行業標準的x86服務器、存儲和交換設備,來取代通信網的那些私有專用的網元設備。
NFV條件是:服務器的虛擬機(VM)能力足夠強,可以實現網絡設備的全部功能或部分功能;IT資源和CT資源的編排和調度、服務鏈的編排和調度等。NFV技術的出現,導致網絡設備制造商向網絡設備服務提供商轉型,網絡設備制造商從向網絡運行商提供實體網絡設備,轉型成網絡設備制造商向網絡運營商提供網絡設備服務能力,這些服務能力將包含:網絡設備的升級,網絡設備軟件的升級,軟件的運行和維護,服務鏈的設計,提供,網絡中IT資源的規劃等。
當前,服務器能力快速增長,進一步規范化,虛擬機技術已經成熟。VMware公司的虛擬機管理程序(hypervisor)開創了在一臺物理機上構建多個虛擬機的先河,Linux的虛擬容器(VirtualContainer)也具備相同的能力。虛擬機技術成熟并可用是NFV的IT資源基礎。
網絡功能虛擬化,分離“網絡功能單元”,構建網絡功能單元之間的關系、運作特性、約束和通信等問題是目前的難點。在ETSI中,以實例的形態列舉了若干網絡功能單元。如:控制信號處理功能組涉及認證/授權、策略、狀態管理、移動性、移動性相關的支持功能;用戶數據處理功能組涉及包轉發、復制、計數、處理、負載均衡和應用層轉向控制;數據與存儲功能組涉及數據存儲與管理等網絡功能單元;網絡實體整體的作為一個虛擬的網絡功能也是可以的,但效率低下可重構件層級過高。
NFV可以采用SDN進行實現(如采用控制轉發分離的方法來搭建服務器網絡),但是NFV也可以采用普通數據中心技術來實現。
5.SDN/NFV商業化進程已經開始
在全球范圍運營商已開始在網絡的各個層面引入新技術以實現網絡架構的升級。包括在RAN部分實施云化提升網絡利用率,在分組核心和IMS引入NFV,降低對私有硬件的依賴并減少投資,在DC和承載網引入SDN,提升網絡利用率和靈活性等。
在2014年MWC期間,中國移動聯手阿爾卡特朗訊展示了NFV領域的研發進展。在多廠商環境下,采用阿爾卡特朗訊基于概念驗證的LTERAN虛擬化BBU和虛擬分組核心演進vEPC解決方案,兩家公司成功展示了開放性移動云網絡在增強網絡敏捷性、效率性和規模方面的效用。除了在移動分組核心網推進虛擬化,阿朗還在IMS中積極引入NFV,阿朗已經實現將PCRF、HSS等功能遷移至Cloudband平臺,通過采用全新的開放性云技術,可以使其在100%負荷的最大規模通信網絡中規模運行時仍保持高性能狀態。在承載網方面,阿朗已成功實現RR(RouteReflector)的虛擬化。通過將RR部署至云平臺,可充分利用其計算優勢,并可隨需伸縮。
華為公司推出的CloudEPC,將網絡劃分為設備層、虛擬層和應用層,以提供具備簡化的架構、快速創新并按需而變的網絡,并通過networkEnabler實現便利和高效的網絡能力開放,這和NFV網絡虛擬化的訴求不謀而合。華為CloudEPC不但可以為運營商提供彈性、智能、可擴展和自動化的分組核心網,而且兼容現網SingleEPC設備,可實現從SingleEPC向CloudEPC平滑演進。
應網絡和業務演進的需求,愛立信則推出了愛立信云系統。這個革新性的云解決方案將為運營商和業務提供商提供在網絡資產使用上的高彈性,快速應變抓住市場機會。分布式的云能力如計算存儲能力和網絡的結合將帶來用戶云業務的良好的使用體驗以及網絡資源的更高效利用。愛立信云系統包含云管理系統和基于openstack和KVM虛擬層的愛立信云執行環境,硬件設施構建于愛立信現有的硬件平臺EBS和SSR,該解決方案提供現網系統的平滑遷移,允許虛擬化和非虛擬化的應用并存運行并保持電信級的性能。無論上層應用來自愛立信,運營商還是第三方開發商,都可以部署在愛立信云系統提供的運行環境之上。運營商可以方便的引入新的業務,整合現有的業務到這個虛擬平臺中。
從亞太地區看,多個領先的運營商都計劃在2015年下半年開始NFV的試商用。中國領先運營商2014年已經邀請全球主要設備商進入實驗室進行NFV的主要功能及性能測試。歐洲及北美主流運營商在NFV的技術驗證方面也非常積極。北美領導運營商已經開始NFV設備供應商的評估選擇行動。NFV理念從2012年誕生至今,主流運營商及設備商對此都很積極,其發展速度之快超乎意料。預計NFV的大規模部署會從2016年~2017年前后開始。現階段SDN技術仍在不斷地演進,運營商對于SDN的目標網絡架構還沒有達成共識。SDN的大規模部署估計將在2018年左右開始。