王升


中国移动研究院网络与it研究所技术与方案项目经理,负责中国移动网络云技术路标,虚拟层关键技术及演进,硬件加速技术等的研究。


班有容


中国移动研究院网络与it研究所项目经理,负责中国移动硬件加速技术及分布式存储技术的研究。


《中国移动转发面网元硬件加速白皮书》 下载,请扫描二维码


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运营商网络功能虚拟化(NFV)首先考虑业务发展和云化的需求。电信业务种类丰富,包括核心网、无线接入网、承载网、传输网、业务平台等多个领域的电信网元都可以采用云化方式部署,各业务在部署位置和资源需求等方面往往存在较大差异,因此业务云化的趋势也是多样化的。


考虑到电信业务云化的效益、难度、可靠性要求,以及云化后的稳定性,目前各大运营商均优先从业务需求迫切、云化难度较小、易于集中化和规模化部署、资源需求较为一致和易于资源共享的业务入手推进业务云化。这类业务主要集中在核心网控制面,如IMS、EPC控制面、PCC、短信、智能网、能力开放等领域,此类业务对云资源池的要求较为一致,适合集中化部署在大规模的电信云中,通过云化实现业务的灵活部署和资源最大程度的共享。


但伴随着5G技术的快速发展和边缘业务的兴起,越来越多的业务产生了部署在边缘的需求,在智能制造、智慧城市、车联网、云游戏、AR/VR等各个垂直领域,时延与带宽成为这些边缘业务的核心关注点。以SAE-GW/UPF为例,边缘业务对转发面网元的要求为在承载百万级用户量的前提下,其端到端转发时延要求不超过10ms,带宽要求在50G以上,核心网UPF带宽甚至要达到300G。同时,边缘云节点在空间和供电、承重等方面存在着很强物理约束,这个特点使得原本核心云端的无限资源模式、大规模部署成本效应淡化,因此在边缘云具体部署实现时,必须需要考虑在有限空间、供电资源、承重能力这些前提下,如何满足业务的性能需求。


为满足5G uRLLC、eMBB以及网络切片场景下边缘多样化业务的部署需求,在边缘节点有限的资源环境下实现低时延、高可靠、大流量的网络功能,硬件加速技术应运而生。


图1.转发面网元硬件加速架构


2019年6月26日,世界移动通信大会MWC上海展上,中国移动研究院向业界演示了全球首个面向5G的边缘开放硬件加速平台,并发布了《中国移动转发面网元硬件加速白皮书》。


中国移动研究院创新性的提出了边缘场景硬件加速开放平台的概念、架构与设计。该加速平台以UPF为切入点,考虑到边缘场景下机房在资源、空间、供电等方面的问题,一方面通过智能网卡对UPF媒体转发进行硬件加速,将大部分流量从CPU卸载到智能网卡上,获得更高的转发性能,降低CPU占用率,较纯虚拟化UPF在同样吞吐量下占用更少的资源;另一方面通过定义UPF上次软件与加速硬件之间的逻辑接口,保证UPF网元可以调用异厂商加速卡的加速能力,实现软硬解耦和加速资源的池化。中国移动研究院联合中兴,联想,是德科技(IXIA)首次演示了该解决方案,在该方案中中兴的虚拟化UPF可以调用联想的加速卡,保证了加速硬件的通用性,突破了当前虚拟化转发的性能和时延瓶颈,实现虚拟化转发面的超高吞吐量、超低时延。


图1 中国移动边缘开放硬件加速平台


图2 中国移动边缘开放硬件加速平台演示方案



《中国移动转发面网元硬件加速白皮书》以边缘计算发展理念为基础,以网络转型需求和业务发展趋势为指引,向业界系统阐释中国移动硬件加速、尤其是转发面网元硬件加速的架构和技术方案建议。针对转发面网元硬件加速的研究,是中国移动边缘云虚拟化SAE-GW/UPF下沉的必要条件,是能否满足边缘应用网络需求的关键技术。该白皮书的核心诉求是联合产业共同推进虚拟化UPF网元通用加速硬件的成熟,并呼吁业界一起对转发面网元硬件加速技术展开更深入的研究,早日推动技术方案的成熟与落地,加速5G URLLC和eMBB的商用进程。


中国移动倡议业界联合对硬件加速技术,尤其是对转发面网元的硬件加速技术的方案、架构、演进路线等进行深入的研究和实践,共同推进硬件加速技术的成熟,更好的支持边缘场景的业务发展和网络转型,关于白皮书的具体内容请参考链接,欢迎下载审阅。


图3 中国移动研究院张同须、杨志强院长携联想、中兴、IXIA相关领导在MWC上海展发布转发面网元硬件加速白皮书

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