CN107534571A - 管理虚拟网络功能 - Google Patents

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Abstract

本文公开的示例包括一种管理网络功能虚拟化(NFV)网络环境的虚拟网络功能的方法，包括：生成集成虚拟网络功能(集成VNF)以允许用户进行涉及第一虚拟网络功能(第一VNF)的集成和部署的任务，以及用所述NFV环境的NFV编排器来生成用于第一虚拟网络功能(第一VNF)的编排模板。所述方法进一步包括用所述集成VNF来检查所述编排模板，以及基于所述编排模板用所述NFV环境的虚拟基础设施管理器(VIM)对所述第一VNF的部署进行编排。

Description

管理虚拟网络功能
背景技术
“网络功能虚拟化”是新兴的设计途径，特别是在电信工业中，用来通过将物理网络功能实现为例如能够在诸如刀锋服务器的一系列标准硬件上受托管且运行的软件，来将物理网络功能变换为“虚拟网络功能”。
附图说明
图1为图示根据本公开的一个示例的虚拟网络功能(VNF)管理系统的框图。
图2为图示示例性网络功能虚拟化(NFV)架构框架的框图，其中能够实现根据本公开的管理虚拟网络功能的示例。
图3为图示根据一个示例的用于管理VNF的部署与更新的系统的框图。
图4为图示根据一个示例的管理网络功能虚拟化(NFV)网络环境中的虚拟网络功能的流程图。
具体实施方式
在下面的具体描述中，参考形成本文的一部分的附图，并且其中以图示的方式示出了其中可以实践本公开的具体示例。要理解，在不背离本公开的范畴的情况下，可以使用其它示例并可以进行结构或逻辑改变。因此，下面的具体描述不被认为是具有限制意义的，且本公开的范畴由所附的权利要求书限定。要理解，除非另有具体说明，本文描述的各种示例的特征可以部分或整体地相互组合。
传统上，在专用和专属的硬件设备上提供网络功能和服务。此类网络功能(也叫做物理网络功能(PNF))的示例，包括防火墙、负载均衡器、深度数据包检查器和网络地址转换器，诸如此类。传统上，物理网络功能涉及在提供此类功能的每个站点的物理安装。
网络功能虚拟化(NFV)可以用于通过将物理网络功能实现为能够例如在诸如刀锋服务器的一系列标准硬件上受托管并运行的软件，来将物理网络功能变换为“虚拟网络功能”。
随着时间过去，因网络服务和功能已经演变并扩展，网络充斥了不断增长的各种专属硬件设备。增加现有PNF的容量并启动新的网络服务通常涉及给网络添加额外数量的现有类型的硬件设备，或给网络创建并添加全新类型的硬件设备。除了提供硬件设备本身以外，找到空间并提供功率/冷却以容纳此类硬件设备，以及在网络中集成和部署这些设备的增加的复杂性，变得更为困难和昂贵。此外，物理硬件设备迅速到达寿命，且硬件寿命周期随着创新加速而变得更短，从而增加了获取-设计-集成-部署循环的重复性，减少了对部署新服务的投资的回报，且限制了日益以网络为中心的世界中的创新。
NFV可以用于通过将网络功能(NF)实现为能够在可以位于例如数据中心、网络节点和终端用户处所的一系列标准化、高容量的服务器、开关以及存储上运行的应用软件，来将之前经由专属硬件设备进行的NF变换为虚拟网络功能(VNF)。
虚拟化NF通过为VNF创建标准化的执行，来结束NF和其硬件之间的依赖性(物理硬件设备是同样的情况)。这使得能够通过多个VNF来共享物理硬件，其中硬件的合并反过来使得能够共享NFV基础设施(NFVI)资源。
在每个硬件设备具有不同的功率、冷却和空间需求的情况下，VNF的使用也避免了为每个NF设计并安装唯一的硬件设备的成本与复杂性，而且还减少了功耗和冷却成本。如下面更详细描述的，当考虑到伴随销售、运输、安装和测试时间的设备设计-构造-获取过程时，专属的硬件设备可能花费数周至数月来安装，相较于专属的硬件设备，NFV使得网络能够更快地适配以迅速、频繁地改变网络需求和服务。
VNF可以包括多种类型的多个VNF组件(VNFC)，其中每个VNFC可通过各种技术实现，包括通过执行应用软件的虚拟机(VM)。VM为像物理机器一样执行程序的机器(例如计算机)的软件实现方式。VM使得主计算机能够在同一计算机上同时运行多个应用环境或操作系统。主计算机给每个VM分配某数量的主机资源，接着每个VM能够使用该分配的资源来执行应用软件，包括操作系统。VM使主计算机和仿真硬件装置的基础硬件虚拟化，使得VM的使用对于操作系统或应用软件的用户是透明的。
主计算机上的VM一般由被称作超级监视程序(Hypervisor)的应用软件管理。在超级监视程序可以进行的操作中，有创建、启动、停止、睡眠、激活、去激活和删除VM的操作。为了创建VM，超级监视程序可以使用存储在一些持久性存储介质上的图像文件。该图像文件包含操作系统应用以及当超级监视程序从图像文件创建VM时将启动的其它应用软件。
超级监视程序和相关联的应用软件还可以将VM附接于虚拟网络，VM反过来可以连接到物理网络，这样VM能够与包括超级监视程序内部或外部的其它VM的其他实体通信，以及与附接于网络的外部物理装置通信，该外部物理装置例如包括互联网上的装置和处理来自移动装置的网络通信的无线电访问网络上的装置。
NFV例如允许电信和通信服务供应商公司抛弃专属的基于设备的单片技术，而接受开放的多层技术。NFV目的在于带来匹配电信可靠性的信息技术(IT)虚拟化技术以提供成本有效的、弹性的环境。一个典型的NFV环境可以涉及各种NFV组件间复杂且耗时的集成。一个示例针对使动态的NFV环境操作化并将其递送，这样在不同流中建立的各种增强被连续地集成、部署并递送(即“连续-X”)。
严格定义的NFV架构提供了能够部署各种VNF的基础框架，包括诸如客户端设备(CPE)、演进分组核心(EPC)等的核心电信工作负载，以及诸如防火墙、负载均衡器、域名服务器(DNC)等的标准企业工作负载。这些VNF中的每个具有影响整体NFV解决方案的部署的自己的独立开发周期、路线图与集成需求。本文公开的示例验证了常规基础上的VNFC的集成和部署，以提供更顺利的部署和升级周期。本文公开的示例连续地集成和部署VNFC，并提供平稳的升级。
图1为根据本公开的一个示例的VNF管理系统30的示意性框图。VNF管理系统30可以包括各种系统和子系统，并且例如可以为个人计算机、膝上计算机、工作站、计算机系统、特定用途集成电路(ASIC)、服务器、服务器刀锋中心(数据中心)和服务器群，等等。VNF管理系统30包括：包括至少一个处理核的处理单元32、存储器34、持久性存储36和网络硬件38。存储器34存储机器可执行指令，并可以被实现为非暂时性计算机可读介质，诸如例如随机存取存储器。持久性存储36可以为保持独立于处理单元32上运行的任意过程的任意存储，例如诸如磁盘存储。
VNF管理系统30包括由处理单元32访问并执行的计算机可执行指令40，其中计算机可执行指令40提供指令以提供VNF(诸如VNF 42)，其包括一定数目(该数目包括数目“1”)的不同类型的一定数目(该数目包括数目“1”)的VNFC，诸如VNFC 44和VNFC 46，其中每个VNFC包括执行应用软件的VM，诸如分别执行应用软件52和54的VM 48和VM 50。
图2为图示示例性NFV架构框架200的示意性框图，其中能够实现根据本公开的管理虚拟网络功能的示例。NFV架构框架200包括网络功能虚拟化基础设施(NFVI)202、一定数目的虚拟化网络功能(VNF)203(示为在204和205处的VNF1至VNFn)以及NFV管理和编排功能(NFV M&O)206。注意，图2的NFV架构框架200基于由欧洲电信标准协会(ETSI)的网络功能虚拟化工业规范组(NFV ISG)所开发并描述的NFV架构框架，并且NFV M&O 206与ETSI NFV架构所定义的管理&网络编排(MANO)层相对应。
NFVI 202提供支持VNF的执行的虚拟资源，并包括商业的、现成的计算机资源208。计算机资源208包括计算硬件210、存储硬件212和网络硬件214，其中计算硬件210包括处理器216和存储器218，并且存储硬件212包括持久性存储220。在一个示例中，超级监视程序219驻于计算硬件210上，并管理主计算系统210上的VM。持久性存储被定义为保持独立于在处理器上运行的任意过程的存储，诸如例如磁盘存储。硬件资源可以包括标准化的、高容量硬件，诸如例如刀锋服务器，并可以置于网络上的任意物理位置，诸如在可以在地理上彼此分散的(包括全球范围内的)任意数目的数据中心或其它操作设施中。
NFVI 202进一步包括：包括将基础的计算机资源208虚拟化并抽象化的软件层的虚拟化层222，并且包括虚拟计算组件224、虚拟存储组件226和虚拟网络组件228。虚拟计算组件224包括一定数目的VM，其被表明为在230处的VM1至VMn，其中VM1至VMn的个体VM可以为不同类型。VNF 203表示能够在NFVI 202上运行的一定数目的网络功能的软件实现方式，其被示为在204和205处的VNF1至VNFn。在204处的VNF1包括一定数目的虚拟网络功能组件(VNFC)，其被示为在232处的VNFC1、在234处的VNFC2和在236处的VNFC3，其中每个VNFC包括执行应用软件的VM，该应用软件诸如由在230处的VM1至VMn的VM之一执行的应用软件231，其中执行应用软件231的每个VM 230形成不同的VNFC。在一个示例中，VNFC1、VNFC2和VNFC3各自具有不同的VNFC类型，其中每种VNFC类型给VNF 204提供不同的功能性。在一个示例中，诸如VNF 204的VNF包括一定数目的层，诸如层1、层2和层3，其中每个层提供VNF 204的不同功能性，并且每个层包括同一类型的所有VNFC。尽管是关于VNF 204进行图示的，但所有的VNF都可以以类似的方式构造，并包括不同数目的VM、VMFC和层。
每个VNF可以伴有元件管理系统，诸如在242处的元件管理系统EMS1和在244处的元件管理系统EMSn。元件管理系统EMS一般诸如由VNF销售商与相应的VNF一起提供，这样每个EMS被配置到相应的VNF的特性，并提供每个VNF的监控和管理。VNF 204为与物理网络节点相对应的实体，但与硬件设备不同的是，将节点提供为无硬件依赖性的软件。
NFV M&O 206包括软件应用，包括NFV编排器250、VNF管理器252和虚拟基础设施管理器(VIM)254，其涵盖了支持VNF的基础设施虚拟化和管理的物理和/或软件资源的编排和管理。NFV M&O 206在NFV架构框架200中进行虚拟化特有的管理任务，并与诸如操作支持系统/商业支持系统(OSS/BSS)环境260的外部环境进行交互，这使得能够将NFV集成到现有的网络范围的管理环境中。
NFV编排器250可以直接或间接通过其它系统(例如VIM254)指导超级监视程序219创建、删除、启动、停止、睡眠和激活VM，诸如执行应用软件并形成VNFC的VM。
VNF管理器252中每个单独的VNF管理器可以专门针对VNF 203中相关联的一个，并可以基于它对VNF性能需求的理解来管理它的相关联的VNF。
VIM，诸如VIM 254，为追踪并管理在给定组硬件资源(例如在特定位置处的给定的刀锋类型服务器，诸如譬如数据中心)上受托管的所有VM的应用软件，该VM诸如所有活跃的VM 230。VIM 254追踪给定组硬件资源上的VM的状态(例如，活跃、停止和睡眠)、分配给每个VM的硬件资源以及可用的硬件资源，以及其他信息。
在一个示例中，NFV编排器250经由VIM 254来指导超级监视程序219为VNF204的一定数目的VNFC创建一定数目的VM，并将应用软件加载到每个VM上，这样当由VM执行时，VM形成相应的VNFC。在一个示例中，应用软件包括操作系统应用。在一个示例中，如上所述，超级监视程序219使用存储在持久性存储上的图像文件，诸如存储在持久性存储220上的图像文件270，其中图像文件包含每当超级监视程序219从图像文件创建VM时将启动的应用软件，其中采用不同的图像文件用于创建不同的VM。
与追踪一个相应的VNF的VNF管理器252相比，NFV编排器250追踪在网络上运行的所有VNF、每个VNFC的类型以及每个VNFC类型的VM的数目、所有VNF的性能、分配给每个VNF的硬件资源，以及可用于分配的硬件资源(诸如例如来自VIM 254)。
尽管未这样图示，但注意，根据其它示例，NFV编排器250、VNF管理器252、VIM 254和超级监视程序219以及VNF管理系统的其它组件还可以实现为由VM执行的应用软件。
图3为图示根据一个示例的用于管理VNF的部署和更新的系统300的框图。系统300包括作为图2所示的NFV M&O层206的一部分的NFV编排器250和VIM 254。NFV编排器250在NFV编排层处提供编排能力，并且VIM254在虚拟基础设施层处提供基于模板的编排能力。根据一个示例，系统300定义VNF的变化控制过程，并使VNF的部署和它们随后的升级流水线化。在一个示例中，通过由NFV编排器250创建和/或管理的编排模板来对VNF部署进行编排。
在根据一个示例操作时，在VNF"X"322的部署开始时，NFV编排器250向VIM254发起请求，以创建并编排集成VNF 308作为部署的一部分。集成VNF 308包括运行配置管理器310、源检查器312、集成服务器314和源库316的4个VM实例。这些VM 310、312、314和316可以被配置使用云初始化(cloud-init)或配置管理器以设置针对用户和管理员进行涉及VNF的连续的集成、部署和递送的任务的许可。在一个示例中，可以分别用作为开放源开发运营工具的Chef、Gerrit、Jenkins和Git工具来实现VM 310、312、314和316。
一旦确定了VNF"X"322的部署架构，创建编排模板304(1)以编排VIM 254内的VNF"X"322。编排模板304(1)可以基于用于VNF 322的数据模型由NFV编排器250来创建，或由被吸收到NFV编排器250中以创建数据模型的不同元件来构建。模板304(1)被传递给VIM 254，如模板304(2)所表示的，接着提交给集成VNF 308的源检查器312，如模板304(3)所表示的，以用于检查。如果源检查器312接受了模板304(3)，源检查器312将模板304(3)存储在源库316内。本文中各种版本的编排模板304(1)-304(3)一般地称作编排模板304。
NFV编排器250从源库316检索编排模板304的最新版本，并将它传递给适用的每个租客/用户的VIM 254。这得到了表示VNF"X"322的VM实例的VNF"X"324(1)-324(3)的创建。这便于跨部署的一致性。尽管在此示例中示出了三个实例324(1)-324(3)，但注意，可以在其它示例中使用多于或少于三个实例324(1)-324(3)。
在部署开始时，VIM 254创建升级VNF(UVNF)318，其特别专用于VNF"X"322的更新和测试。创建UVNF 320(1)-320(3)，其表示升级VNF 318的VM实例并分别与VNF"X"324(1)-324(3)相对应。尽管在此示例中示出了三个实例320(1)-320(3)，但注意，在其它示例中可以使用多于或少于三个实例320(1)-320(3)。NFV编排器240在为目标租客做出改变之前，利用升级VNF 318来验证VNF"X"322的部署和可升级性。受许可的用户对模板304做出改变，并将它们的变化提交给源检查器312。一旦检查此代码，它被设置以启动测试过程。NFV编排器250接着使用集成服务器314来验证更新的模板304。一经NFV编排器250调用，集成服务器314就使用模板304的之前的版本来创建新VNF，并使用模板304的最新版本来更新VNF。接着对VNF测试计划进行编排，且一经成功完成，就在源库316中推进新模板304。新模板304一但可使用，NFV编排器250就获得它并为目标租客更新VNF。
在一个示例中，由系统300提供的VNF部署基于由NFV编排器250所创建和/或管理的编排模板304。可以通过调用由NFV编排器250所识别的适当模板304来对客户NFV环境进行部署、升级和去激活。根据一个示例，系统300将围绕VM 310-316所构建的连续集成(CI)/连续部署(CD)过程用于源代码管理、检查和集成测试，并在NFV部署中提供VNF的连续集成、部署和递送。
本文公开的示例遵循来自ETSI的NFV MANO规范，同时支持灵活且可扩展的描述符模型(例如，VNFD和网络场景描述符(NSD))，并支持VNF、VNFM、EMS、网络场景(NS)以及其它的概念。NFV生态系统组件的标准化接口由VIM254接口提供给VNFM，其是可扩展的以支持EMS系统发布的任意接口(例如支持任意VNF销售商)。本文公开的示例支持ETSI规定的操作的VNFM-VIM指导和VIM代理模型两者。本文公开的示例还提供诸如用于KVM和VMware的超级监视程序支持，并且是可扩展的以支持其它超级监视程序(按需)和容器。
一个示例针对管理NFV网络环境中VNF的方法。图4为图示根据一个示例的管理NFV网络环境中VNF的方法400的流程图。在方法400中的402处，生成集成虚拟网络功能(集成VNF)，以允许用户进行涉及第一虚拟网络功能(第一VNF)的集成和部署的任务。在404处，用NFV环境的NFV编排器生成用于第一虚拟网络功能(第一VNF)的编排模板。在406处，用集成VNF检查该编排模板。在408处，方法400基于该编排模板，用NFV环境的虚拟基础设施管理器(VIM)对第一VNF的部署进行编排。
方法400可以进一步包括生成升级虚拟网络功能(升级VNF)以便于第一VNF的升级。方法400可以进一步包括基于用户变化生成编排模板的更新版本，用集成VNF检查编排模板的更新版本，并基于编排模板的更新版本用VIM对第一VNF的更新版本的部署进行编排。在一个示例中，第一VNF包括一定数目的VNF组件(VNFC)，每个VNFC包括执行应用软件的虚拟机(VM)。在一个示例中，集成VNF包括配置管理器虚拟机(VM)、源检查器VM、集成服务器VM和源库VM。可以在NFV网络环境的管理和网络编排层中实现网络编排器和VIM。
另一个示例针对用于网络功能虚拟化(NFV)网络环境的虚拟网络功能(VNF)管理系统，并包括：生成用于第一虚拟网络功能(第一VNF)的编排模板的NFV编排器，以及允许用户进行涉及第一VNF的集成和部署的任务和检查编排模板的集成虚拟网络功能(集成VNF)。该系统还包括基于编排模板对第一VNF的部署进行编排的虚拟基础设施管理器(VIM)。
VNF管理系统可以进一步包括升级虚拟网络功能(升级VNF)以便于第一VNF的升级和测试。在一个示例中，集成VNF检查编排模板的更新版本，且VIM基于编排模板的更新版本，对第一VNF的更新版本的部署进行编排。集成VNF可以包括配置管理器虚拟机(VM)、源检查器VM、集成服务器VM和源库VM。
又另一个示例针对非暂时性计算机可读介质，包括可执行指令以：生成集成虚拟网络功能(集成VNF)以允许用户进行涉及网络功能虚拟化(NFV)网络环境中的第一虚拟网络功能(第一VNF)的集成和部署的任务；生成用于第一虚拟网络功能(第一VNF)的编排模板；用集成VNF检查该编排模板；基于编排模板，对NFV网络环境中的第一VNF的部署进行编排；以及生成升级虚拟网络功能(升级VNF)以便于第一VNF的升级和测试。该非暂时性计算机可读介质可以进一步包括可执行指令以：基于用户变化，生成编排模板的更新版本；基于编排模板的更新版本，对第一VNF的更新版本的部署进行编排。
尽管本文图示并描述了具体示例，但各种可替换的和/或等同的实施方案可以替代所示出并描述的具体示例，而不背离本公开的范畴。本申请旨在涵盖本文讨论的具体示例的任意改编或变体。因此，旨在此公开仅受到权利要求书及其等同物的限制。

Claims (15)

1.一种管理网络功能虚拟化(NFV)网络环境中的虚拟网络功能的方法，所述方法包括：
生成集成虚拟网络功能(集成VNF)，以允许用户进行涉及第一虚拟网络功能(第一VNF)的集成和部署的任务；
用所述NFV环境的NFV编排器生成用于第一虚拟网络功能(第一VNF)的编排模板；
用所述集成VNF检查所述编排模板；以及
基于所述编排模板用所述NFV环境的虚拟基础设施管理器(VIM)对所述第一VNF的部署进行编排。
2.根据权利要求1所述的方法，且进一步包括：
生成升级虚拟网络功能(升级VNF)以便于所述第一VNF的升级。
3.根据权利要求2所述的方法，且进一步包括：
基于用户变化，生成所述编排模板的更新版本。
4.根据权利要求3所述的方法，且进一步包括：
用所述集成VNF来检查所述编排模板的所述更新版本。
5.根据权利要求4所述的方法，且进一步包括：
基于所述编排模板的所述更新版本，用所述VIM对所述第一VNF的更新版本的部署进行编排。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一VNF包括一定数目的VNF组件(VNFC)，每个VNFC包括执行应用软件的虚拟机(VM)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述集成VNF包括配置管理器虚拟机(VM)、源检查器VM和集成服务器VM。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述集成VNF进一步包括源库VM。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述NFV网络环境的管理和网络编排层中实现所述网络编排器和所述VIM。
10.一种用于网络功能虚拟化(NFV)网络环境的虚拟网络功能(VNF)管理系统，包括：
NFV编排器，用来生成用于第一虚拟网络功能(第一VNF)的编排模板；
集成虚拟网络功能(集成VNF)，用来允许用户进行涉及所述第一VNF的集成和部署的任务，并用来检查所述编排模板；以及
虚拟基础设施管理器(VIM)，用来基于所述编排模板对所述第一VNF的部署进行编排。
11.根据权利要求10所述的VNF管理系统，且进一步包括：
升级虚拟网络功能(升级VNF)，以便于所述第一VNF的升级和测试。
12.根据权利要求11所述的VNF管理系统，其中所述集成VNF检查所述编排模板的更新版本，且所述VIM基于所述编排模板的所述更新版本，对所述第一VNF的更新版本的部署进行编排。
13.根据权利要求10所述的VNF管理系统，其中所述集成VNF包括配置管理器虚拟机(VM)、源检查器VM、集成服务器VM和源库VM。
14.一种非暂时性计算机可读介质，包括可执行指令以：
生成集成虚拟网络功能(集成VNF)，以允许用户进行涉及网络功能虚拟化(NFV)网络环境中的第一虚拟网络功能(第一VNF)的集成和部署的任务；
生成用于第一虚拟网络功能(第一VNF)的编排模板；
用所述集成VNF检查所述编排模板；
基于所述编排模板，对所述NFV网络环境中的所述第一VNF的部署进行编排；以及
生成升级虚拟网络功能(升级VNF)以便于所述第一VNF的升级和测试。
15.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读介质，且进一步包括可执行指令以：
基于用户变化，生成所述编排模板的更新版本；以及
基于所述编排模板的所述更新版本，对所述第一VNF的更新版本的部署进行编排。
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