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5G风口之下,NFV“燎原”之势为何迅速蔓延?

5G高带宽、低时延、大容量的接入方式,注定它一定要依赖于跟以往完全不同的专业设备模式来实现,因此也创造了更多的方向和机会。NFV就是其中之一。

作者:移动Labs原创|2019-09-04 19:41

5G高带宽、低时延、大容量的接入方式,注定它一定要依赖于跟以往完全不同的专业设备模式来实现,因此也创造了更多的方向和机会。NFV就是其中之一。

5G最大的变化在网络层面,需要底层网络架构形成一种网络切片,另一个大的趋势边缘计算。这两者都让NFV变得越来越重要,因为传统设备已经不能适应5G网络的发展。所以在5G时代,NFV是“必选项”。作为NFV的参与者和引领者,中国移动在网络应用和硬件加速方面持续发力,推动NFV“燎原”发展。

01 5G时代,NFV是“必选项”

随着互联网/移动互联网产业的兴起,全球各大运营商正在面临着网络转型大潮的冲击,NFV正在成为运营商网络转型之路的必选项。

Global Market Insights发布的NFV行业报告预测,到2024年NFV市场将超过700亿美元。另一项研究显示,2018年至2022年期间NFV市场增长至190亿美元。接近79%的电信专业人士将NFV视为未来五年的关键战略重点。

今年6月,工信部正式发放5G牌照后,相关产业进程明显提速。5G的到来无疑将加速网络虚拟化的进程,包括对NFV的需求也将更加迫切。

NFV,这项被誉为可以降低资本支出同时提高网络性能和可靠性的工具,将在5G时代将迎来新的爆发。

业内专家指出,“随着5G的到来,网络流量急速增长,网络急需变革,因为现有网络的灵活性应付不了将来整个产业的需求,这个产业需求不光是电信运营商,还包括各个企业网、云端、OTT的需求,虚拟化的进程也势必将加速。”

据了解,目前NFV的标准和开源码基本成熟可用,ETSI的R2版本基本可商用,R3版本重在MANO管理、SDN协同、云原生NFV等推迟到年底;ARM架构正从移动端向DC和网络延伸。

虽然NFV在部分领域进入商用,但NFV总体商用进展不及预期。

在“2019中国SDN/NFV/AI大会”上,工信部科技委常务副主任、SDN/NFV/AI标准与产业推进委员会主席韦乐平更是直言,“目前我国的NFV的产业进程还是比较慢,三大运营商都应该非常坚定、毫不犹豫地快速把NFV用起来,尤其是利用5G的机遇把NFV用起来。因为你不用永远成熟不了,所有的技术都是靠应用逐渐成熟壮大落地的。”

在韦乐平看来,三大原因限制了NFV的快发展。“首先,利益纠葛大,产业链支持弱,NFV进展比SDN缓慢;其次,分层解耦、跨厂家集成依然是努力目标,但考虑复杂性和实效,同厂家的分层解耦仍是早期方案;此外,NFV主要应用在vEPC、vIMS和部分vBRAS场景。”

02 NFV硬件加速,需关注“三个重点”

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。

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。

在中国移动研究院网络与IT技术研究所王升看来,“5G网络高可靠、低延时、大流量的特征以及边缘计算业务兴起对未来网络计算和转发能力提出更高要求,网络功能虚拟化后网元和VSW采用软件实现,通过消耗CPU满足计算转发成本和功耗较高,需要采用硬件加速方案,将原子化的功能单元卸载至硬件加速卡上。 ”

一方面,在功耗/成本恒定的情况下,CPU核数已难大幅提升,限制性能提升;另一方面从产品应用看,CPU单位成本性能上升缓慢,单bit功耗下降缓慢。通过CPU堆叠来降低单bit成本的模式不可持续。此外,虚拟化中的软件加速只能弥补I层带来的性能下降,无法做业务加速,加速效果有限。所以,对于运营商来说,硬件加速非常必要。

在硬件加速产业应用方面,微软、亚马逊、腾讯、阿里云等互联网巨头已经走在前列。

在国际方面,微软Azure硬加速方案采用FPGA进行网络加速,涵盖生物信息学,神经网络, 搜索排名等方向,成为业界标杆;亚马逊AWS在2016年底推出FPGA加速服务F1,作为增强EC2实例提供给第三方进行租用。

国内方面,我国的互联网企业更是不甘人后。腾讯云2017年推出国内首款高性能异构计算基础设施—— FPGA云服务,利用云服务的方式将只有大型公司才能长期支付使用的FPGA服务推广到了更多企业;阿里云在智能加速引擎方面,采用 AMD、NIVIDIA GPU加速图像处理,AI 等行业应用,使用intel,Xilinx FPGA芯片,面向科学计算行业提供了良好的高速及并行性能支撑。

据了解,目前市场上流行的加速芯片有多种选择。加速芯片嵌入网卡形成智能网卡是目前加速卡的主流形式。其中FPGA当前产业较为成熟,且可现场编程灵活性高;NP、SoC性价比较高,但产业成熟度有待提高;GPU主要优势为图片复杂算法处理。

由于不同加速硬件面对的加速场景不同,且加速卡片上资源有限,当前业界尚无一卡多用产品,针对不同业务加速需建设不同加速硬件资源池。

分析当前电信网元,网络加速需求更为突出,AI等边缘计算新业务的计算加速和存储加速需求更为突出。运营商当前重点关注三个方面:一是OVS加速,为所有网元提供普遍的网络转发加速能力;二是网元特定功能加速,如GTP;三是MEC中面向AI、图像处理的GPU加速。

当前电信网元加速功能下沉智能网卡尚处于初期,重点关注转发面网元GTP功能卸载,具体功能尚不稳定。考虑产业情况和灵活性, 建议采用FPGA方案,可灵活修改调整。 加速功能稳定后建议可逐步固化为NP、ASIC等低功耗低成本不可编程芯片,提高硬件加速性价比。

03 NFV如何“燎原”?

据了解,中国移动高度重视NFV网络,是NFV产业的主要参与者和引领者。早在2015年,中国移动就成立OPEN NFV实验室,引入了15个合作厂商,进行三层解耦测试和搭建TIC平台。

2015年7月,中国移动正式向业界发布下一代革新网络—NovoNet2020愿景,希望融合各种最新的科技,构建可灵活调整的新一代网络,以适应广大用户的数字化需求,为互联网发展做好基础网络的建设工作。

以NFV技术为代表的未来网络转型是个复杂的系统工程,需要全新的研究探索模式。中国移动采用顶层设计先行、关键技术攻关与试验及试点相结合的方式,迭代推进未来网络转型发展。

在顶层设计方面,除目标网络架构外,以vIMS、蜂窝物联网、固网宽带接入、CDN等业务作为引入NFV的切入点,逐步扩大到全业务领域;试点和试验方面,以二层解耦验证NFV技术成熟性,摸索NFV引入后的运维管理经验,并逐步深入到三层解耦的试验验证;关键技术攻关方面,在NFV硬件选型、虚拟层技术要求、MANO架构、网管运维等方面取得了阶段性进展。

此外,中国移动也进一步明确NFV硬件加速方案,通过联合产业界推进NFV硬件加速的成熟与落地,加速5G URLLC和eMBB的商用进程。

当前,在NFV加速管理编排虚拟机方面,需要MANO、OpenStack和加速器协同完成,共同打通管理编排流程。

在加速通用API和解耦方式时,专家建议,OVS硬件加速卸载方面,建议采用OVS与hypervisor解耦方案,由加速网卡厂商提供OVS功能,虚拟层厂商集成加速网卡OVS。网元硬件加速方面,网元业务加速存在白卡和功能卡两种解耦方案。对可以通过运营商标准化的方案采用功能卡,对厂商产品差异较大的采用白卡。后续可考虑运营商定制加速网卡的方案,逐步实现加速网卡收敛,降低网元开发和加速网卡标准化复杂度 。

在世界移动通信大会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》。据了解,中国移动研究院联合中兴,联想,是德科技完成了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。

04 结语

5G的到来无疑将加速网络虚拟化的进程,包括对NFV的需求也将更加迫切。在专家看来,目前NFV的应用仍有较大的提升空间。除了推动NFV在网络应用落地的落地之外,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5G边缘场景的业务发展和网络转型。

【本文为51CTO专栏作者“移动Labs”原创稿件,转载请联系原作者】

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