close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

...виртуализации сетевых функций в сетях сотовых операторов.

код для вставкиСкачать
Внедрение виртуализации
сетевых функций в сетях
сотовых операторов
Внедрение виртуализации сетевых функций в сетях сотовых операторов.
Вы можете не читать все кейсы, а выбрать по заголовку и краткому описанию наиболее интересный и актуальный
раздел (для перехода к нужному разделу нажмите соответствующую ссылку).
Оглавление:
1. Введение: программно-конфигурируемые сети (SDN) и виртуализация сетевых функций (NFV) в
телекоммуникациях.
2. Astera NetOS − операционная система для виртуализации сети. Базовая информация.
2.1 Описание системной архитектуры.
2.2 Коммерческое предложение пробного запуска AsteraNetOS.
3. Примеры реальных программных приложений на основе Astera NetOS.
3.1 Программное (SDN) управление многослойным пакетно-оптическим ядром сети оператора связи.
3.2 IP пиринг (IP peering) и масштабирование плоскости контроля SDN.
3.3 Сетевые функции как сервис (NFaaS) в центральном офисе.
3.4 Сегментная маршрутизация: эволюция и улучшение MPLS.
4. Примеры практических внедрений сетевой виртуализации для разных частей сетевой инфраструктуры
сотовых операторов на основе Astera NetOS.
4.1 Виртуализация базовой мобильной сети (Mobile Core Network) и мультимедийной IP подсистемы (IP
Multimedia Subsystem).
4.2 Виртуализация мобильной базовой станции.
4.3 Виртуализация домашней среды абонентов.
4.4 Виртуализация сети доставки (дистрибуции) контента (CDN).
1. Введение: программно-конфигурируемые сети (SDN) и виртуализация сетевых функций (NFV) в
телекоммуникациях.
Сетевая операционная система Astera (Astera Network Operating System или Astera NetOS) разработана на основе отрытых стандартов и технологий специально для сетей коммуникационных провайдеров, имеющих критически высокие требования к надежности, управляемости, масштабируемости и эффективности. Astera NetOS имеет северный API интерфейс, позволяющий легко разрабатывать приложения для работы с сетью и
южный API интерфейс позволяющий контролировать как уже имеющееся оборудование так и оборудование,
поддерживающее протокол OpenFlow. Таким образом, Astera NetOS позволяет:
— кардинально снизить капитальные и операционные расходы;
— создать новые источники получения прибыли за счет инновационных сервисов;
— сделать технологию SDN применимой в крупномасштабных сетях операторов связи и привнести в эти сети
возможность масштабирования, надежность и производительность, которые дает SDN контроль;
— позволить гибкость, присущую Web и виртуальным средам;
— помочь коммуникационным провайдерам мигрировать их существующие сети на white boxes — элементы
сетевого оборудования, которые собираются из готовых комплектующих самой компанией-покупателем
оборудования, и таким образом их стоимость до 10–15 раз ниже стоимости оборудования, продаваемого традиционными поставщиками (такими как Cisco и HP).
Разработки, лежащие в основе Astera NetOS, были проведены сообща с лидирующими коммуникационными
1
операторами (AT&T, NTT Communications).
Потребности коммуникационных провайдеров.
Распространение мобильных устройств OTT (Over the Top) сервисов и распределение контента среди облачных
хранилищ довели сети сервис провайдеров до состояния, когда они требуют реконструкции. Провайдеры
хотят сделать сети гибкими и эффективными, чтобы удовлетворять вызову экспоненциальной потребности в
пропускной способности сети, и заинтересованы в создании новых потоков доходов от инновационных сервисов
и новых бизнес моделей.
SDN и Astera NetOS в качестве решения
За короткое время программно-конфигурируемые сети (SDN) стали ключом к обеспечению мобильности, комплексной виртуализации и облачности. Хранилища и вычислительные ресурсы были виртуализированы уже
годы назад, но весь потенциал виртуализации не был раскрыт, ведь именно виртуализация сети позволяет
раскрыть его, потому что сеть — это ткань, которая соединяет хранилища и вычислительные ресурсы друг с
другом и с использующими их приложениями. Ключевая концепция SDN, которая обеспечивает инновационность
— разделение плоскостей контроля сети и передачи данных. Открытый протокол, такой как OpenFlow, позволяет плоскости контроля программировать плоскость данных кардинально более открытым и эффективным
способом. Кроме того, это разделение позволяет оборудованию и программному обеспечению развиваться независимо друг от друга и способствует замене дорогостоящих патентованных (основанных на разнообразных закрытых технологиях) оборудования и прошивок для него на оборудование из общедоступных частей с открытым
программным обеспечением. Обладание операционной системой, которая управляет сетевыми ресурсами и
предоставляет API интерфейс для программирования, управления и мониторинга сетевых устройств, сильно
упрощает разработку и внедрение инновационных и плодотворных сетевых приложений и сервисов, которые
могут оперировать на широком спектре оборудования. Astera NetOS сконструирована, чтобы быть такой
операционной системой и преследует цели:
— освободить разработчиков сетевых приложений от необходимости знать тонкости закрытого патентованного
оборудования;
— позволяет сетевым операторам быть свободными от операционных сложностей закрытых патентованных
интерфейсов и протоколов;
— дает возможность инновациям происходить в направлениях оборудования и программного обеспечения
независимо друг от друга, за необходимые каждому из направлений промежутки времени.
2. Astera NetOS − операционная система для виртуализации сети. Базовая информация.
2.1 Описание системной архитектуры.
Astera NetOS с самого начала разрабатывалась именно для коммуникационных сервис провайдеров. Высокая
надежность, масштабируемость и производительность являются фундаментальными, также, как и наличие
северного и южного программных интерфейсов. Архитектура Astera NetOS имеет следующие компоненты:
— распределенное ядро системы привносит в сети провайдеров преимущества SDN контроля: масштабируемость,
2
надежность и производительность. Возможность запускать Astera NetOS как кластер — один из путей достижения
гибкости в управлении сетью коммуникационного провайдера;
— северный API интерфейс, включающий в себя граф сети и абстракции, упрощающие разработку сервисов для
контроля, управления и мониторинга сети. Это еще один пример гибкости, привносимый Astera NetOS в сети
провайдеров;
— южный API интерфейс позволяет подключать различные протоколы для контроля как наследуемого
оборудования (BGP, IS-IS, MPLS и др.), так и OpenFlow оборудования. Южный интерфейс ограждает ядро Astera NetOS от деталей различных устройств и протоколов. Южный интерфейс является ключом, позволяющим
постепенную миграцию с унаследованного оборудования на поддерживающий протокол OpenFlow оборудования
«white boxes». (White box — единица сетевого оборудования (например, коммутатор), которая собирается из
готовых комплектующих самой компанией-покупателем, и таким образом ее стоимость до 10–15 раз ниже стоимости оборудования, продаваемого традиционными поставщиками. Для разработки white box оборудования
можно использовать дизайны opencompute.org);
— модульность позволяет провайдерам легко разворачивать, поддерживать, устранять неисправности и
дорабатывать Astera NetOS.
2.2 Коммерческое предложение пробного запуска AsteraNetOS.
Astera NetOS делает возможным постепенное внедрение SDN в сети сотовых операторов, начиная с малых
развертываний. Этому способствуют:
― наличие приложения IP пиринга. Мобильный оператор может для начала развернуть маленький SDN островок
как автономную систему и использовать приложение IP пиринга, чтобы просто соединить SDN сеть с остальной
сетью;
― возможность Astera NetOS работать как на существующем оборудовании базовых мобильных сетей,
используя MPLS, так и с white box коммутаторами, используя OpenFlow. И тем самым сократить капитальные
расходы на масштабирование сетей за счет white box коммутаторов, при этом поддерживая уже существующую
инфраструктуру.
Испытательное внедрение Astera NetOS можно осуществить в зоне пилотных проектов вашей компании или
определить сегмент сети (например, сеть доставки контента) и проработать на нем в небольшом масштабе
совместный пилотный проект силами наших и ваших специалистов. Этот пилотный проект станет первым
шагом, внедрения виртуализации сетевых функций с помощью Astera NetOS. Команда компании «Астера» имеет
большой опыт подобных проектов, в частности в сетях ряда сотовых и облачных провайдеров.
3. Примеры реальных программных приложений на основе Astera NetOS.
3
3.1 Программное (SDN) управление многослойным пакетно-оптическим ядром сети оператора связи.
Сервис провайдеры и операторы связи оперируют многослойными сетями. Например, сервис провайдеры
оперирует IP пакетной сетью одновременно с транспортной или оптической сетью. В дополнение, может
существовать туннельный слой поверх IP слоя для создания, например, виртуальных IP сетей. То, что каждый
из этих слоев управляется сегодня независимо от остальных, ведет к низким показателями использования
пропускной способности сети, высоким операционным расходам, а изменение конфигурации сети занимает
месяцы вместо минут. Например, в сегодняшней среде архитекторы пакетных сетей закладывают дополнительную
резервную мощность для того, чтобы справляться с сетевыми ошибками (сбоями) или пиковыми нагрузками
пульсирующего трафика; и независимо от архитекторов сетей IP слоя, архитекторы оптических сетей делают то
же самое для оптического слоя. Более того, дизайнеры пакетных (в т. ч. IP сетей) любят работать при среднем
уровне использования пропускной способности — всего 30%! В совокупности всё описанное выше ведет в 4–5
кратному общему перерасходу мощностей! Программно-конфигурируемый (SDN) контроль многоуровневых сетей решает эти проблемы. Решение включает три компонента:
1) добавление к оптическим транспортным элементам (таким как ROADM-элементы) возможности программировать их (по аналогии с OpenFlow протоколом);
2) Astera Network Operating System (Astera NetOS) для того, чтобы построить картинку каждого слоя сети в виде
графа и создания отображений или сопоставлений между ними (для последующего анализа графов используется
встроенный механизм работы с графами Spark, подробно о котором можно прочитать в разделе 3.3);
3) разработанное на основе Astera BDA Platform приложение PCE (Path computation element) , которое утверждает или отклоняет маршруты, беря во внимание несколько коррелированных между собой графов всех сетевых
слоев.
PCE приложение на основе Astera BDA Platform имеет возможность конфигурировать, выполнять мониторинг и
настраивать сетевые слои, как если бы они являлись единой системой. Например, изменения в IP соединении могут
вызывать автоматическое резервирование путей для оптического слоя. Операторы сейчас имеют возможность
снизить операционные затраты за счет централизованного контроля, повысить уровень использования
пропускной способности каждого сетевого слоя и изменять конфигурацию сети за минуты. Одним из первых
приложений для этого является календарь пропускной способности, который позволяет составлять расписание
для резервирования пропускной способности в будущем. Astera NetOS снабжает пакетный и оптический слои
пропускной способностью и в реальном времени выполняет мониторинг ресурсов, чтобы при необходимости
производить корректировки и изменение маршрутов на основе событий и изменений, происходящих в сети в
4
реальном времени.
SDN контроль многослойных сетей является превосходным примером, как управление на основе Astera NetOS и Astera BDA Platform может вести к значительному сокращению капитальных и операционных расходов и
предоставить новый класс сервисов.
3.2 IP пиринг (IP peering) и масштабирование плоскости контроля SDN.
Сегодня автономные системы (АС) могут подключаться к интернету и друг к другу, используя протокол BGP, чтобы
обмениваться маршрутизирующей информацией. Приложение IP пиринга позволяет компаниям провайдерам,
начиная с малых внедрений наращивать развертывание SDN в своей инфраструктуре. Провайдер может для
начала развернуть маленькую SDN сеть или SDN островок как АС и использовать приложение IP пиринга, чтобы
просто соединить SDN сеть с остальным интернетом. Через некоторое время провайдер может продолжить масштабирование SDN сети и ощутить все преимущества технологии SDN уже без пиринга в Интернет. Более того,
используя приложение IP пиринга, провайдер может соединить между собой несколько SDN сетей, создав таким
образом большую SDN АС, которая может стать пиром (peer) в Интернете также как любая другая АС.
IP пиринговое приложение вступает в связь с пограничным роутерами (border routers) AC и обменивается
маршрутизирующей информацией для установления путей следования для различных Интернет префиксов в
SDN сети, как сделано между стандартными АС сегодня. Таким образом, SDN сеть может выступать в роли
транзитной сети для некоторых префиксов и может направлять IP трафик от и к любому доступному IP адресу.
Также приложение IP пиринга может быть использовано, чтобы масштабировать основанную на Astera NetOS
плоскость SDN контроля. Например, SDN сети или домены могут быть соединены через BGP похожим образом,
как не-SDN АС соединены сегодня. Их конфедерация работает также по схожему принципу: группа SDN доменов
может рассматриваться остальным Интернетом как единая АС.
Таким образом, приложение IP пиринга играет важную роль в постепенном и бесшовном SDN развертывании в
инфраструктуре компании-провайдера.
3.3 Сетевые функции как сервис (NFaaS) в центральном офисе.
Телекоммуникационные провайдеры имеют ценный актив в своих сетях — центральные офисы. Эти
центральные офисы географически близки к большому числу конечных пользователей, и стратегически важны,
потому что позволяют провайдерам предлагать сервисы в масштабе для большого количества клиентов с
5
высокой производительностью и предсказуемостью. Например, AT&T оперирует 4500 центральными офисами
в стране и типичный центральный офис в крупном районе может обслуживать около 100 тысяч проводных, 100
тысяч сотовых абонентов и сотни организаций. Типичный центральный офис имеет серьезные мощности для
обеспечения доступа и маршрутизации и много различных функций для уровней L4-L7 (middle boxes) так называемых построенных для множества конкретных целей (файерволы, балансировщики нагрузок и т. п.). Поскольку
центральные офисы стратегически важны для телекоммуникационных операторов, то задача их модернизации
сложна: центральные офисы эволюционируют в течение десятилетий и приобретают существенную сложность
и комплексность в плане коммутации/маршрутизации, различных самодельных L4-L7 функций (middle boxes), существует опасность возможного оттока сформировавшихся клиентов. Это накладывает на провайдеров
существенные капитальные и операционные расходы.
Не сюрприз, что провайдеры хотят реконструировать центральные офисы. Хотят привнести экономию и гибкость
дата-центра в центральный офис. Это значит построение сетевой ткани центрального офиса, используя SDN,
трансформация самодельных сетевых функций на уровнях L4-L7 (middle boxes) в программное обеспечение,
запускаемое на x86 серверах (делать так называемую виртуализацию сетевых функций или сокращенно NFV),
и организация системы оркестровки сетевых функций и сетевых потоков для абонента или организации-клиента
— динамически обслуживать индивидуальных клиентов.
Такая трансформация центральных офисов позволит провайдеру быстро создавать, разворачивать и предлагать
новые сервисы клиентам в масштабе и в то же время значительно урезать капитальные и операционные расходы.
Этот пример демонстрирует потенциал реконструкции центрального офиса в малом масштабе. Astera NetOS,
приложения на ее основе и white boxes коммутаторы позволяют модифицировать сетевую ткань в центральных
офисах до SDN, достигая гибкости и требуемой для сетевых функций как сервиса (NFaaS).
3.4 Сегментная маршрутизация: эволюция и улучшение MPLS.
Сегодняшние IP/MPLS сети сложно организованы и тяжелы в управлении. Распределение MPLS меток,
маршрутизация трафика и PVN являются очень сложными, комплексными операциями и сервисами, которые
зависят от множества распределенных протоколов плоскости контроля. Более того, устранение ошибок в таких
сетях чрезвычайно тяжелый процесс ввиду сложностей синхронизации и управления состояниями между
множествами протоколов плоскости контроля и локальной значимости меток плоскости данных.
Инженерный совет Интернета (IETF) внедрил концепцию сегментной маршрутизации (СМ) для MPLS, известную в IETF под названием SPRING. Эта концепция внедряет глобально значащие метки для пакетов данных,
которые не изменяются при переходе пакетов от одного роутера (сетевого элемента) к другому. Она также внедряет принцип маршрутизации, при котором весь трафик, посылаемый в одном направлении с одного узла,
6
может использовать одну и ту же MPLS метку, что ликвидирует зависимость от сложных протоколов, каких как
LDP и RSVP, для распределения меток и от установки LSP. СМ, таким образом, упрощает и плоскость контроля
и плоскость данных MPLS сетей. Хотя СМ продолжает зависеть от IGP для маршрутизации и распределения
меток, она открывает возможность для внешнего контроллера программировать туннели от начала до конца,
отталкиваясь от роутера-источника. СМ может быть реализована с использованием SDN плоскости контроля,
реализованной через Astera NetOS и СМ-приложения и работать как с унаследованным оборудованием, так и
с ходовыми и экономичными по стоимости white box роутерами, доступными сегодня. Вместо распределенного
IGP, встроенного в роутеры, данное решение использует приложение, основанное на Astera NetOS. И это приложение программирует и краевые роутеры (edge-routers) и роутеры ядра (core-routers) для использования СМ как
для маршрутизации по умолчанию и для специализированной маршрутизации. С Astera NetOS, предоставляющей контроль и приложения для менеджмента меток, сетевые операторы могут выражать сетевому контроллеру
свои инструкции по маршрутизации и приложение совместно с Astera NetOS осуществит инструкции в IP/MPLS
сети. Таким образом, СМ с Astera NetOS демонстрирует, как сервис провайдеры могут использовать плоскости
передачи данных MPLS без сложностей использования плоскости контроля MPLS. И получить лучшее из двух
технологий: простоту СМ MPLS для плоскости передачи данных и гибкость SDN для плоскости контроля сети.
4. Примеры практических внедрений сетевой виртуализации для разных частей сетевой
инфраструктуры сотовых операторов на основе Astera NetOS.
4.1 Виртуализация базовой мобильной сети.
4.1.1
Мотивация.
В мобильных сетях высока популяция широкого разнообразия закрытого патентованного оборудования
традиционных поставщиков. Виртуализация сетевых функций (NFV) нацелена сократить сложность сетей и вытекающие операционные проблемы путем использования стандартизированных технологий IT виртуализации,
чтобы объединить различные виды сетевого оборудования в индустриально стандартизированные серверы,
сетевое оборудование и устройства хранения, размещаемые в точках присутствия виртуализации сетевой
инфраструктуры (Network Functions Virtualization Infrastructure Points of Presence). Такое объединение сокращает
совокупную стоимость владения (ССВ). Гибкое размещение сетевых функций на таком пуле аппаратных ресурсов сильно увеличивает эффективность использования сети в ежедневной операционной деятельности. Это
также позволяет удовлетворять возросший спрос на какой-то конкретный сервис (например, голосовое общение) не полагаясь слепо на механизмы контроля ограничения звонков. Как, например, в ситуации, аналогичной
Великому западному землетрясению в Японии, во время которого мобильные сети столкнулись с большим
количеством попыток голосовых звонков, поскольку многие люди срочно старались услышать голоса близких и
узнать, всё ли в порядке с ними. Преимущества виртуализации базовой мобильной сети и мультимедийной IP
подсистемы включают:
— сокращение совокупной стоимости владения инфраструктурой;
7
— повышение эффективности использования сети благодаря гибкому размещению различных сетевых функций
на пуле аппаратных ресурсов;
— повышение надежности и качества сетевых услуг, предоставляемых конечным пользователям за счет
присущей технологии виртуализации возможности динамически изменять конфигурацию сети;
— эластичность: мощности, выделенные для каждой сетевой функции, могут быть динамически изменены
в соответствии с актуальной загруженностью сети, а это в свою очередь улучшает способность сети
масштабироваться;
— изменение конфигурации топологии: сетевая топология может динамически изменяться для оптимизации
производительности.
В дополнение, виртуализация сетевых функций и Astera NetOS позволяет освободиться от зависимости от
конкретных поставщиков, потому что создает среду, где программные сетевые приложения могут разрабатываться
и предоставляться третьими лицами, разрушая тем самым замкнутость закрытых патентованных базовых
мобильных сетей и мультимедийных IP подсистем.
4.1.2
Описание.
3GPP (3rd Generation Partnership Project) — организация, разрабатывающая стандарты сетевой архитектуры и
сетевых функций для мобильных и конвергентных сетей.
В архитектуре Evolved Packet Core (EPC), которая является последней архитектурой базовой сети для сотовой
системы, примеры сетевых функций включают MME (Mobility Management Entity), S/P-GW (Serving/Packet Gateway) и другие.
Мультимедийная IP подсистема (IMS), которая является архитектурой контроля сессий для поддержки снабжения
мультимедийных сервисов через EPC и другие сети на основе IP, примеры сетевых функций включают P-CSCF,
S-CSCF и другие. HSS и PCRF — другие сетевые функции 3GPP, необходимые для полноценной архитектуры,
чтобы работать в связке с EPC и IMS для предоставления полноценного сервиса. Аналогичным образом, онлайн
и офлайн системы тарификации (OCS и OFCS) — системы, которые захватывают записи о тарификации как
часть управления сессией связи.
Выше на рисунке приведен возможный способ EPC виртуализации на основе NFV.
Виртуальные сетевые функции (например, S/P-GW и MME) могут масштабироваться независимо в соответствии
со своими собственными потребностями в ресурсах, например, может возникнуть ситуация, когда необходимо
увеличить ресурсы в плоскости пользователя не затрагивая ресурсов плоскости контроля и наоборот. Различные сценарии возможны в зависимости от того виртуализируется ли, например, целая EPC в единую точку
8
присутствия виртуальной сетевой инфраструктуры или виртуализируется лишь отдельная сетевая функция.
В целях достижения оператором желаемой непрерывности и надежности сервиса, надежность и плоскости
контроля и плоскости передачи данных должны быть гарантированы. Поскольку виртуализация сетевых функций
подразумевает отделение сетевой функции от оборудования, лежащего в основе, то разработка новых схем
отказоустойчивости становится возможной с использованием портативности экземпляров виртуальной сетевой
функции, но не ограничиваясь только переносом, копированием и т. д. виртуальной машины. Рисунок выше
показывает виртуализированные EPC и IMS, где виртуализированные S/P-GW и IMS работают через PDN связь
и IMS сессию, соответственно. Когда динамическая реконфигурация экземпляров виртуальной сетевой функции
происходит по вине сбоя или перегруза при автоматическом или ручном режиме управления, то перемещение
управляемых сессий и/или соединений должно обрабатываться соответствующим образом, чтобы достичь
желаемой оператором технической доступности и надежности сервиса.
4.2 Виртуализация мобильной базовой станции.
4.2.1
Мотивация.
Мобильный сетевой трафик существенно возрастает под влиянием спроса, генерируемого использованием
мобильных устройств, в то время как среднюю выручку с одного пользователя (ARPU) увеличить тяжело. Сделанный не так давно выбор сотовой сетевой системы 3GPP LTE (Long Term Evolution) продиктован спросом на
повышение скорости передачи данных и качество услуг, уменьшение сложности и продолжающееся снижение
стоимости радиодоступа и пакетного ядра (Packet Core). LTE также рассматривается как составляющая
радиодоступа для EPS (Evolved Packet System), которая требуется для удовлетворения спроса высокой спектральной эффективности (отношения скорости передачи данных к используемой полосе пропускания радиоканала),
пиковых скоростей данных, короткого промежутка времени между отправкой запроса и получением ответа
(Round Trip Time) и гибкости сетки частот в сети радиодоступа (RAN). Для достижения прибыльности мобильные операторы должны сокращать капитальные и операционные расходы и разрабатывать всё улучшающиеся
сервисы для клиентов. Если посмотреть, то совокупную стоимость владения оборудованием и потребление
энергии, то на RAN узлы приходится наибольшая часть затрат. Большое число RAN узлов, таких как eNodeB
базируются на закрытых патентованных платформах и поэтому страдают от долгих циклов при разработке,
внедрении и операционной деятельности.
Виртуализация мобильной базовой станции по аналогии с технологией IT виртуализации, располагает
минимум часть RAN узлов на стандартных IT серверах, устройствах сети и хранения. Это дает преимущества
в сокращении количества требуемых ресурсов оборудования и потребления энергии за счет динамического
перераспределения ресурсов и балансировки трафика, упрощения управления и операционной деятельности и
сокращения временных сроков до коммерциализации.
Опять же, виртуализация сетевых функций и Astera NetOS позволяют освободиться от зависимости от конкретных
поставщиков, потому что создает среду, где программные сетевые приложения могут разрабатываться и
предоставляться третьими лицами, открывая границы ранее закрытых и патентованных узлов базовых
мобильных станций.
9
4.2.2
Описание.
В крупных сетях мобильных операторов связи многочисленные RAN узлы многочисленных поставщиков обычно
работают с различными мобильными сетевыми системами (3G, LTE и WiMAX) в одном месте. Эти многочисленные платформы могут быть объединены с использованием технологии IT виртуализации и Astera NetOS в
физически единую базовую станцию (БС). Загруженность RAN узла обычно ниже, чем максимальная мощность,
поскольку система сконструирована так, чтобы обслуживать даже пиковые нагрузки, хоть средние нагрузки значительно ниже и ресурсы мощности каждого RAN узла не могут быть разделены с другими узлами. Виртуализация
БС позволяет достичь разделения ресурсов среди многочисленных логических RAN узлов различных систем,
динамически перераспределяя ресурсы и снижая потребление энергии. Технология централизованной RAN
(C-RAN) с виртуализацией осуществляет более высокую совместную утилизацию ресурсов cсреди различных
физических БС (изображено на рисунке ниже). БС (здесь термин БС обобщает в себе 2G БС, 3G Node B and 4G
eNode B) является частью 3GPP модели и включает функции радиодоступа.
В LTE же БС находится в ведении функций PHY, MAC, RLC (Radio Link Control), RRC и PDCP (Packet Data Convergence Protocol). PHY функция выполняет наиболее сложные вычислительные задачи, такие как кодирование/
декодирование канала, FFT/iFFT.
Виртуализация БС требует технологии baseband радио обработки с использованием технологий IT виртуализации,
таких как высокопроизводительные общеприменимые процессоры и виртуальная обработка в реальном
времени, чтобы предоставить требуемую мощность обработки сигнала.
Более того, БС виртуализация для C-RAN требует создания ресурса обработки — Base Band Unit (BBU) пула
для агрегирования ресурсов в централизованную виртуальную среду, такую как дата-центр или облачная
инфраструктура.
Coordinated Multi-point transmission/reception (CoMP) — это технология, расширяющая производительность LTE
системы путем динамической координации или передачи и получения между оборудованием пользователей
(ОП) и многочисленными географически разделенными eNodeB. Наиболее сложные CoMP схемы для Uplink
требуют данных ОП и канала, через который можно обмениваться информацией с разными БС/BBU. Для эффективного взаимодействия элементов схемы должны быть обеспечены высокая пропускная способность и
малые задержки при соединениях в этой виртуальной среде. Виртуализация сетевых функций способствует
появлению таких самоорганизующихся сетевых решений.
4.3 Виртуализация домашней среды абонентов.
4.3.1
Мотивация.
Технологии сетевой виртуализации идеально поддерживают концентрирование вычислительных нагрузок от
10
прежде разобщенных функций с минимизацией затрат и ускорением срока до коммерциализации. И новые
сервисы могут при необходимости предоставляться по grow-as-you-need модели. Преимущества, полученные
путем избегания установки нового оборудования, могут быть увеличены, если к домашней среде пользователей
также будет применен подход виртуализации сетевых функций.
В настоящее время сетевые операторы предоставляют домашние услуги, архитектура которых использует как
бэк-энд систему, расположенную на стороне сети оператора и выделенные абонентские домашние устройства
(CPE) — customer premise equipment— являющиеся частью домашней сети. Эти CPE обеспечивают присутствие
услуг оператора и/или сервис провайдера в помещениях клиентов, включая Residential Gateway (RGW) для
Интернет и VOIP услуг, коробку настроек (SB) — Setup Box — для медиа-сервисов, обычно поддерживающих
локальное хранилище для PVR (Personal Video Recorder) сервисов.
Доступность высокой пропускной способности (такой, как дает оптоволокно) и технология виртуализации
сетевых функций позволяют виртуализацию домашней среды, требующей только простого физического контакта
и элементарных, не требующих обслуживания устройств в домах абонентов.
Хотя эта новая архитектура увеличивает использование пропускной способности между домом клиента и сетью
оператора, обе стороны получают следующие плюсы:
— снижение капитальных расходов путем отказа от затратных SB (Setup Box) − по одной на каждый телевизор
− и RGW;
— снижение операционных расходов путем избавления от постоянной поддержки и обновлений CPE устройств.
И освобождение пропускной полосы от трафика, который выполняет удаленную диагностику пользовательских
устройств с целью решений для проблем в домашней сети пользователя;
— улучшение пользовательской удовлетворенности от такого функционала, как удаленный доступ ко всему
контенту и сервисам, мульти экранная поддержка и мобильность.
Внедрение новых сервисов становится гладким и менее громоздким, поскольку нет зависимости от CPE
функциональности и необходимости каждый раз проходить процесс установки других устройств в доме
пользователя.
4.3.2
Описание.
Рисунок ниже изображает унаследованную сеть без домашней виртуализации. В этом примере каждый дом
11
оборудован RGW и IP STB. Все сервисы принимаются RGW, конвертируются к частному IP адресу и доставляются
в дом. RGW соединяется (через PPPoE туннель или IPoE) с BNG (Broadband Network Gateway), который предоставляет соединение с Интернет или дата-центром. VoIP и IPTV сервисы обходят BNG в этом примере.
Технология виртуализации сетевых функций(NFV) способствует виртуализации сервисов и миграции функциональности с домашних устройств в NFV облако, как показано на рисунке ниже. В этом изображенном примере
мы следуем виртуальной сетевой функции предложенной NFV облаком и поддерживаем виртуальную копию на
родном устройстве, RGW превратился в vRGW и STB — в vSTB. Делая таким образом, мы сохраняем исходные
интерфейсы в виртуализированых устройствах.
Пользователи ожидают возможности управлять и настраивать их CPE устройства, даже когда они
виртуализированы и предоставляются как сервис. Эта новая возможность, требуемая от операторов, является
уникальной для vCPE.
Также возможна интеграция существующих технологий управления и операционной службы поддержки,
используемых оператором (провайдером).
Оптимальный набор функционала виртуализации CPE рассчитывается в зависимости от оценки необходимой
производительности (например, может включать функционал плоскостей контроля и данных, функционал
самообслуживания для абонентов, доступ для управления оператором и т.д.)
Виртуализированая среда гарантирует полную изоляцию между абонентами, шифрование кэшированного
контента, мониторинг и обеспечение безопасности всех элементов системы.
4.4 Виртуализация сети доставки(дистрибуции) контента (CDN).
4.4.1
Мотивация.
Доставка контента, в особенности видео, — одна из сложнейших задач всех операторских сетей по причине
растущих объемов трафика, доставляемого к конечным пользователям сети. Рост видео трафика спровоцирован
сдвигом от широковещательных трансляций к одноадресной доставке через IP; множеством устройств, используемых для потребления видео; и увеличением качества видео, доставляемого через IP сети, в плане разрешения
и частоты кадров.
Дополнительно к сегодняшнему росту видео трафика требования к качеству также развиваются: игроки интернетрынка все больше придерживаются позиции, чтобы предоставлять интернет-пользователям сервисы и прямого
эфира и «по требованию» такого же качества, как и традиционный ТВ сервис сетевых операторов.
Более того, всё большее количество облачных предложений хотят кардинально увеличить объем хранимого
контента с требованием доставлять его так, будто он хранится локально у пользователя.
12
4.4.2
Описание.
Интегрирование узлов сети доставки контента в сети оператора — эффективный и экономичный путь ответить
на вызовы доставки видео трафика. Если пускать потоки контента из вычислительных/хранящих узлов вблизи
конечного потребителя, то это не затрагивает пропускные ресурсы и оборудование вверх по течению сети и
позволяет доставку видео потоков через более свободную пропускную полосу в более надежном качестве.
Операторы используют сети доставки контента, интегрированные в собственные сети для доставки собственных
видео сервисов (например, VoD (Video On Demand, т. е. видео по запросу) в дополнение к IPTV, сервис загрузки
файлов), но также, чтобы предлагать в больших объемах CDN сервисы и обслуживать OTT (Over-the-top) видео
трафик (например, через прозрачное кэширование).
В специфических случаях оператор может оказывать услуги третьим лицам (CDN провайдер или крупный
контент провайдер), которые просят операторов развернуть их кэш узлы в сети сотового оператора (например,
Netflix OpenConnect program, Akamai Aura CDN).
Во многих существующих сегодня внедрениях CDN кэш узлы CDN — выделенное физическое оборудование или
программное обеспечение со специфическими требованиями, на стандартном, но выделенном оборудовании.
Часто физическое оборудование и серверы для различных целей применяются бок-о-бок.
Это порождает ряд недостатков, которых позволяет избежать виртуализация CDN:
— мощность устройств должна быть предназначена для пиковых часов (типично это вечера выходных). Днем в
выходные и в будни выделенное оборудование и CDN серверы в большинстве стоят без дела;
— невозможно реагировать на непредвиденные потребности в мощностях. Например, в случае онлайн
трансляции события ресурсы оборудования приходится выделять заранее и с запасом;
— средняя пиковая утилизация и эластичность CDN узлов для выделенных целей или от нескольких разных
партнеров значительно ниже, чем она может быть если ресурсы оборудования будут разделены между
виртуальными приложениями такой же NFV инфраструктуры;
— выделенные физические устройства и серверы от нескольких сторон усложняют сети операторов и
увеличивают операционные расходы;
— рынок доставки контента является очень волатильным, зависимым от новых форматов контента, протоколов,
типов устройств, требований по защите контента и т. д. Выделенное оборудование препятствует необходимой
гибкости, чтобы реагировать на эти изменения.
13
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа