基于BRAS和NFV的5G移动通信网络虚拟网关部署论文_陈宇

摘要：VBRAS在大的层面上，有两种实现方式：转控一体形式和转控分离形式（即SDN化的vBRAS）。说方案演进之前，有必要说下SDN和NFV这两个欢喜冤家，分分合合，终于因为5G的到来握手言和，这涉及到运营商整体网络战略规划，涉及到设备商的架构选择。

1.SDN与NFV的整合

虚拟化宽带远程接入服务器（Broadband Remote Access Server,简称vBRAS）是面向宽带网络应用的新型接入网关，它部署于5G骨干网的边缘层。充分利用SDN（SoftwareDefinedNetwork）技术可以分离出网络设备的控制权，集中控制，这样就避免了对路由器、交换机等底层网络设备的依赖，也就消除了底层网络设备对于网络带来的差异。而NFV（Network Function Virtualization）能够把电信传统业务与5G用户产业化、企业化数据需求紧密融合起来，以减少电信运营商对高端设备的大量投入，可以实现任意自定义的虚拟网络路由与传输策略，对于集中控制的网络设备进行管理，大大提高了灵活性。

2.vBRAS业务流

IP网络正处在向智能化的电信级IP承载网转型的过程中，核心网边缘设备的智能化是实现网络转型的关键。vBRAS（Virtualization BRAS）就是BRAS与 NFV有机结合，基于NFV框架的vBRAS严格基于ETSI标准NFV架构来实现，系统层面能够做到转发与控制分离，资源层面可以节省网络资源，提升网络资源调度灵活性和利用率，网元层面由传统的软硬件一体化网元变为基于统一云平台的NFV虚拟网络功能网元，并且在容灾方案上考虑站点内虚拟机层面的HA，运资源中硬件资源的内部可靠性等等，包括数据流量在vBRAS之上为三层控播； vBRAS终结用户的PPPOE认证； 用户发出IGMP加入请求，在控制点MSER终结，并注入到相应虚拟SDN路由中；业务流通过DR下发，通过接入二层网络下发给相应的用户。

图1 vBRAS业务流

3.vBRAS的管理运营

参考传统数通路由器设备的架构，于是控制转发分离的设计思想就成为了软件架构设计的唯一准则。因此与传统设备相类似，系统的软件体系架构可分为控制平面（Control ne）与数据平面（Data Plane）两大部分。并且基于功能组件可复用的考虑，系统中还设计了内核平面（Kernel Plane），对诸如内存管理，定时器，公用数据结构提供了统一的应用封装。

在网管运营方面，可以由NFV的网管支撑系统（MANO）来完成。ETSI 中的MANO指的是NFV的Management and Orchestration，主要包含三大模块，分别是NFVO、VNFM以及VIM。包含了MANO的全景，它产生的背景主要是基于对网络功能虚拟化做通用管理的诉求，MANO具体的功能模块是图中的右半部分。

VNFM（VNF Manager）作为对虚拟网络功能的管理，主要包含VNF的创建和终结、VNF的设置、VNF配置、VNF监控、VNF故障的自动治愈恢复和扩展伸缩，即Scale in/out。NFVO（NFV Orchestration）的核心功能：网络服务的编排，即编排管理一系列的VNFs和转发图（Forwarding Graph）、调用VNFM来做跨多个VIM的NFV安置、资源检查和分配、使用SDN技术（SDN 控制器或SFCAPI）来实现VNF Forwarding Graph控制。

图2 ETSI NFV标准架构

4.vBRAS核心信令

MANO的具体功能：负责VNF、NS实例的管理，包括NS查询、NS回收操作，NS实例化等NS实例的生命周期管理中完整的流程，还包括了NS生命周期内业务链与VNF实例关联关系的管理。

图3 Vbras MANO

NS在实例化过程中的状态：

■部署中，部署失败,部署成功三种结束,只有每个构成元素中至少有一个实例成功,才认为NS部署成功,否则即为部署失败。

■NS在回收过程中的状态：回收中，回收失败，回收成功；

■只有每个VNF实例都回收成功，才认为NS回收成功，否则即为回收失败；

■NFVO层提供NS实例拓扑图的rest api接口供GUI调用，基于拓扑图完成拓扑管理，包括NS实例创建、启动、更新、查询和终止；

■NFV平台的管理和监控则从不同层次提供对NS、VNFD、VNF的状态监控、告警查询；

■NFV平台收集虚拟资源池所有可用资源，记录创建和销毁NS实例过程中对虚拟资源的使用和释放，形成整个管理域内的虚拟资源视图，有效完成对虚拟资源的监控和告警；NFVO汇总VIM收集底层硬件和虚拟资源告警信息、VNFM收集VNF告警信息；

■NFVO从VNFM收集VNF实例使用的硬件和虚拟资源故障告警与VNF实例故障告警进行关联；根据用户制定的策略可以支持故障自动恢复。

5.小结

BRAS是一种软硬件一体化的专用设备，是典型的控制与转发紧耦合的网络设备，BRAS这种架构在一定程度上束缚了城域网的发展。而vBRAS迈出了城域网NFV化的第一步，未来将会有更多网元承载于云资源池上，将有更多业务可实现集中配置和调度，5G核心网网络架构边际也会更加简洁、开放、敏捷。

参考文献

[1]基于SDN和NFV的5G移动通信网络架构分析，杨佳，2017.6

[2]SDN and Open Flow World Congress， Introductory White Paper ，2013.1

[3]SDN/NFV的发展与挑战，赵慧玲，史凡，2014.6

[4]中国移动为何推动5G与SDN/NFV协同发展，苏光，2017.6

[5]5G网络技术研究现状和发展趋势，王胡成，徐晖，程志密，王可，2015.9

[6]SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的应用研究，赵明宇，2015.1.

论文作者:陈宇

论文发表刊物:《知识-力量》2019年12月58期

论文发表时间:2020/1/9

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