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5G風口之下,NFV“燎原”之勢為何迅速蔓延?

2019年9月4日 09:22  移動Labs  

導語

5G高帶寬、低時延、大容量的接入方式,注定它一定要依賴于跟以往完全不同的專業設備模式來實現,因此也創造了更多的方向和機會。NFV就是其中之一。

5G最大的變化在網絡層面,需要底層網絡架構形成一種網絡切片,另一個大的趨勢邊緣計算。這兩者都讓NFV變得越來越重要,因為傳統設備已經不能適應5G網絡的發展。所以在5G時代,NFV是“必選項”。作為NFV的參與者和引領者,中國移動在網絡應用和硬件加速方面持續發力,推動NFV“燎原”發展。

01  5G時代,NFV是“必選項”

隨著互聯網/移動互聯網產業的興起,全球各大運營商正在面臨著網絡轉型大潮的沖擊,NFV正在成為運營商網絡轉型之路的必選項。

Global Market Insights發布的NFV行業報告預測,到2024年NFV市場將超過700億美元。另一項研究顯示,2018年至2022年期間NFV市場增長至190億美元。接近79%的電信專業人士將NFV視為未來五年的關鍵戰略重點。

今年6月,工信部正式發放5G牌照后,相關產業進程明顯提速。5G的到來無疑將加速網絡虛擬化的進程,包括對NFV的需求也將更加迫切。

NFV,這項被譽為可以降低資本支出同時提高網絡性能和可靠性的工具,將在5G時代將迎來新的爆發。

業內專家指出,“隨著5G的到來,網絡流量急速增長,網絡急需變革,因為現有網絡的靈活性應付不了將來整個產業的需求,這個產業需求不光是電信運營商,還包括各個企業網、云端、OTT的需求,虛擬化的進程也勢必將加速。”

據了解,目前NFV的標準和開源碼基本成熟可用,ETSI的R2版本基本可商用,R3版本重在MANO管理、SDN協同、云原生NFV等推遲到年底;ARM架構正從移動端向DC和網絡延伸。

雖然NFV在部分領域進入商用,但NFV總體商用進展不及預期。

在“2019中國SDN/NFV/AI大會”上,工信部科技委常務副主任、SDN/NFV/AI標準與產業推進委員會主席韋樂平更是直言,“目前我國的NFV的產業進程還是比較慢,三大運營商都應該非常堅定、毫不猶豫地快速把NFV用起來,尤其是利用5G的機遇把NFV用起來。因為你不用永遠成熟不了,所有的技術都是靠應用逐漸成熟壯大落地的。”

在韋樂平看來,三大原因限制了NFV的快發展。“首先,利益糾葛大,產業鏈支持弱,NFV進展比SDN緩慢;其次,分層解耦、跨廠家集成依然是努力目標,但考慮復雜性和實效,同廠家的分層解耦仍是早期方案;此外,NFV主要應用在vEPC、vIMS和部分vBRAS場景。”

02  NFV硬件加速,需關注“三個重點”

但伴隨著5G技術的快速發展和邊緣業務的興起,越來越多的業務產生了部署在邊緣的需求,在智能制造、智慧城市、車聯網、云游戲、AR/VR等各個垂直領域,時延與帶寬成為這些邊緣業務的核心關注點。

為滿足5G uRLLC、eMBB以及網絡切片場景下邊緣多樣化業務的部署需求,在邊緣節點有限的資源環境下實現低時延、高可靠、大流量的網絡功能,硬件加速技術應運而生。

在中國移動研究院網絡與IT技術研究所王升看來,“5G網絡高可靠、低延時、大流量的特征以及邊緣計算業務興起對未來網絡計算和轉發能力提出更高要求,網絡功能虛擬化后網元和VSW采用軟件實現,通過消耗CPU滿足計算轉發成本和功耗較高,需要采用硬件加速方案,將原子化的功能單元卸載至硬件加速卡上。”

一方面,在功耗/成本恒定的情況下,CPU核數已難大幅提升,限制性能提升;另一方面從產品應用看,CPU單位成本性能上升緩慢,單bit功耗下降緩慢。通過CPU堆疊來降低單bit成本的模式不可持續。此外,虛擬化中的軟件加速只能彌補I層帶來的性能下降,無法做業務加速,加速效果有限。所以,對于運營商來說,硬件加速非常必要。

在硬件加速產業應用方面,微軟、亞馬遜、騰訊、阿里云等互聯網巨頭已經走在前列。

在國際方面,微軟Azure硬加速方案采用FPGA進行網絡加速,涵蓋生物信息學,神經網絡, 搜索排名等方向,成為業界標桿;亞馬遜AWS在2016年底推出FPGA加速服務F1,作為增強EC2實例提供給第三方進行租用。

國內方面,我國的互聯網企業更是不甘人后。騰訊云2017年推出國內首款高性能異構計算基礎設施—— FPGA云服務,利用云服務的方式將只有大型公司才能長期支付使用的FPGA服務推廣到了更多企業;阿里云在智能加速引擎方面,采用 AMD、NIVIDIA GPU加速圖像處理,AI 等行業應用,使用intel,Xilinx FPGA芯片,面向科學計算行業提供了良好的高速及并行性能支撐。

據了解,目前市場上流行的加速芯片有多種選擇。加速芯片嵌入網卡形成智能網卡是目前加速卡的主流形式。其中FPGA當前產業較為成熟,且可現場編程靈活性高;NP、SoC性價比較高,但產業成熟度有待提高;GPU主要優勢為圖片復雜算法處理。

由于不同加速硬件面對的加速場景不同,且加速卡片上資源有限,當前業界尚無一卡多用產品,針對不同業務加速需建設不同加速硬件資源池。

分析當前電信網元,網絡加速需求更為突出,AI等邊緣計算新業務的計算加速和存儲加速需求更為突出。運營商當前重點關注三個方面:一是OVS加速,為所有網元提供普遍的網絡轉發加速能力;二是網元特定功能加速,如GTP;三是MEC中面向AI、圖像處理的GPU加速。

當前電信網元加速功能下沉智能網卡尚處于初期,重點關注轉發面網元GTP功能卸載,具體功能尚不穩定。考慮產業情況和靈活性, 建議采用FPGA方案,可靈活修改調整。加速功能穩定后建議可逐步固化為NP、ASIC等低功耗低成本不可編程芯片,提高硬件加速性價比。

03  NFV如何“燎原”?

據了解,中國移動高度重視NFV網絡,是NFV產業的主要參與者和引領者。早在2015年,中國移動就成立OPEN NFV實驗室,引入了15個合作廠商,進行三層解耦測試和搭建TIC平臺。

2015年7月,中國移動正式向業界發布下一代革新網絡—NovoNet2020愿景,希望融合各種最新的科技,構建可靈活調整的新一代網絡,以適應廣大用戶的數字化需求,為互聯網發展做好基礎網絡的建設工作。

以NFV技術為代表的未來網絡轉型是個復雜的系統工程,需要全新的研究探索模式。中國移動采用頂層設計先行、關鍵技術攻關與試驗及試點相結合的方式,迭代推進未來網絡轉型發展。

在頂層設計方面,除目標網絡架構外,以vIMS、蜂窩物聯網、固網寬帶接入、CDN等業務作為引入NFV的切入點,逐步擴大到全業務領域;試點和試驗方面,以二層解耦驗證NFV技術成熟性,摸索NFV引入后的運維管理經驗,并逐步深入到三層解耦的試驗驗證;關鍵技術攻關方面,在NFV硬件選型、虛擬層技術要求、MANO架構、網管運維等方面取得了階段性進展。

此外,中國移動也進一步明確NFV硬件加速方案,通過聯合產業界推進NFV硬件加速的成熟與落地,加速5G URLLC和eMBB的商用進程。

當前,在NFV加速管理編排虛擬機方面,需要MANO、OpenStack和加速器協同完成,共同打通管理編排流程。

在加速通用API和解耦方式時,專家建議,OVS硬件加速卸載方面,建議采用OVS與hypervisor解耦方案,由加速網卡廠商提供OVS功能,虛擬層廠商集成加速網卡OVS。網元硬件加速方面,網元業務加速存在白卡和功能卡兩種解耦方案。對可以通過運營商標準化的方案采用功能卡,對廠商產品差異較大的采用白卡。后續可考慮運營商定制加速網卡的方案,逐步實現加速網卡收斂,降低網元開發和加速網卡標準化復雜度 。

在世界移動通信大會MWC上海展上,中國移動研究院向業界演示了全球首個面向5G的邊緣開放硬件加速平臺,并發布了《中國移動轉發面網元硬件加速白皮書》。據了解,中國移動研究院聯合中興,聯想,是德科技完成了首次演示了該解決方案,在該方案中中興的虛擬化UPF可以調用聯想的加速卡,保證了加速硬件的通用性,突破了當前虛擬化轉發的性能和時延瓶頸,實現虛擬化轉發面的超高吞吐量、超低時延。

04  結語

5G的到來無疑將加速網絡虛擬化的進程,包括對NFV的需求也將更加迫切。在專家看來,目前NFV的應用仍有較大的提升空間。除了推動NFV在網絡應用落地的落地之外,中國移動倡議業界聯合對硬件加速技術,尤其是對轉發面網元的硬件加速技術的方案、架構、演進路線等進行深入的研究和實踐,共同推進硬件加速技術的成熟,更好的支持5G邊緣場景的業務發展和網絡轉型。

編 輯:章芳
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