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比想象中更广阔更复杂5G,所要改变的惯性思维颇多

2019-11-15

新潮电子 2019年8期
关键词:网卡时延边缘

显然,如今这个时代,我们的话题必然离不开5G,本期继续。众所周知,在5G时代移动通信从最初的人与人之间通信,开始转向人与物的通信,直至机器与机器之间的通信。AR/VR、物联网、工业自动化、无人驾驶等业务被大量引入。从而带来了高带宽、低时延以及大联接的网络需求,也就是3GPP定义的5G三大场景。更重要的是,随着5G正式发牌商用,国内的5G建设也进入了快车道。在之前世界移动大会上海站上,运营商们甚至把它变成了自身5G技术的竞技场。不过,对于普通用户来说,5G所能改变的并非仅仅是个人生活,它有很多值得了解和思考的地方,比我们想象的更广阔更复杂。

周边运算的边缘云概念

与互联网公司相比,数量众多、接近用户的属地化边缘DC是电信运营商的核心优势和重要资产。边缘数据中心主要覆盖本地网层面,满足本地业务接入,关注低时延和用户体验提升。因此,针对边缘数据中心,由于贴近用户,可以将用户面网元部分下沉至边缘数据中心,实现了业务锚点下沉,缩短业务响应时间,同时可以将计算能力下沉到移动边缘节点,快速利用边缘节点本地内容和实时信息,网络业务、服务及应用可以更快地分发和下载,从而有效缓解移动核心网的压力,改善电信服务环境,让用户享有更高质量网络体验。

为了满足5G业务的外延化需求,越来越多的网元开始将控制面和转发面分离,进行分层部署,控制平面集中部署调度,用户面网元则分散部署贴近用户,实现管理成本以及用户体验的平衡。同时,为了有效实现业务锚点下沉,缩短业务响应时间,并且将传统移动网络的通信能力开放,MEC概念也被充分引入。

实际上,适配网元的分布式部署以及MEC的边缘部署都是在基础设施层面,借助云化技术将集中式电信云进行边缘分布式重构也是必然选择。分布式云可以由中心云和边缘云构成,其中边缘云又可以细分为地市、区县以及接入。中心云定位为大脑和中枢,主要承载控制/管理以及集中化的媒体面网元;边缘云主要承载分布式部署的用户面/媒体面网元以实现流量快速卸载,以及实时性要求较高的网元,优化用户体验,例如高清视频、车联网、VR/AR等业务。

简单而言,边缘云由于其位置、规模以及环境的特殊性,在技术上具备高集成度、低设备能效、管理灵活等特点。因为边缘云通常在X86处理器基础上配置FPGA、GPU等协处理器以满足网络高转发的要求,所以最新的ETSI NFV架构也将硬件加速引入到NFV架构之中,增加了加速资源虚拟化能力,将加速器进行抽象,以逻辑加速资源的方式呈现,统一提供全面的加速服务。而且,边缘云的规模相对较小,管理模块在其中占用资源需要减少到合适比例,因此可采用轻量级管理模块部署或者将管理模块集中部署在上级云,边缘云中仅部署计算节点,两种部署方式可根据现场环境灵活选择。

其实,在边缘云之上,移动/多接入边缘计算(Mobile/Multi-Access Edge Computing,MEC)技术主要是指通过在靠近无线接入侧部署通用服务器,从而为无线网络提供IT和云计算的能力,使应用、服务和内容可以实现本地化、近距离、分布式部署成为可能,从而促使无线网络具备低时延、高带宽的传输能力,并且回传带宽需求的降低极大程度地减少了运营成本。同时,MEC定义了完整的网络和第三方应用的双向通信的API通信机制,例如无线网络可以把无线网络上下文信息(位置、网络负荷、无线资源利用率等)通过API开放给第三方业务应用,有效提升了移动网络的智能化水平,促进网络和业务的深度融合。

MEC应用场景根据不同的业务特征,主要可以分为以下两种类型:一种是本地化业务,包括本地业务的缓存和融合,典型的场景包括企业园区网络,或者AR/VR业务扩展;一种是垂直行业的拓展,典型的场景包括车联网,工业互联网等。为了更好地支持新的业务,同时发掘现有的网络能力增值,MEC的场景中也需要考虑更精准的室内导航,平台开发和应用集成等。

总而言之,基于5G的分布式云基础设施,在边缘侧云化构建5G用户面和5GMEC节点,5GMEC节点提供MEC应用平台使能第三方应用,同时提供公共服务给第三方应用进行调用。MEC节点之间互相协同,支持应用移动时上下文的交换,保证业务的连续性。

模组化的IoT产业机遇

对于物联网IoT的话题,我们之前也讨论过多次。无论是5G,还是5G驱动下的物联网大发展,都将驱动各行业的数字化转型。而在5G商用落地的加持下,人工智能物联网AIoT将快速爆发增长,未来将有不可想象的新应用出现。可以说,物联网市场已经进入高速增长风口期。市场研究机构IDC发布的报告预计,到2020年,物联网的全球市场规模将扩大近两倍,达到17000亿美元。另据Gartner预测,到2020年全球物联网设备数量将达到260亿个,物联网市场规模将达1.9万亿美元。

在物联网市场持续爆发的同时,IoT产业也面临诸多挑战。由于物联网是一个十足的长尾市场,产业链条很长,涉及网络、平台、应用等多个环节,庞大复杂的生态系统导致各环节衔接仍不顺畅,行业应用面临碎片化等挑战,形成信息孤岛。我们认为,虽然众多公司布局物联网行业,但缺少整体的规划。而物联网飞速发展在对于模组产生巨大需求的同时,也面临着价格战等残酷的市场竞争。每当有物联网模组项目招标时,模组厂商们往往在价格方面打的血流成河,一般的小厂商很难生存下来。因为物联网模组是一个规模化的行业,物联网模组厂商只有形成大的规模才能降低和优化成本,才可能生存下来。因此,如何利用现在中国5G的规模优势为万物互联时代提供低成本、高效率的连接,是许多行业参与者的首要目标。

建网碎片化布局的商业格局

我们多次强调,5G时代的核心网,其作用越来越重要,尤其是5G引入了网络切片来全面支撑运营商的商业模式转型,为电信产业链的延伸和新的盈利模式提供了肥沃的土壤。面对碎片化5G商用网络,存在需求多样性、架构复杂性、演进困难等诸多挑战,作为网络控制中心的核心网,如何避免“碎片化”建网,是运营商面临众多挑战和确保竞争优势的关键。

5G初期建设,核心网采用极敏架构可满足碎片化5G网络需求。极敏架构的核心网,基于SBA+的独立服务、独立配置、独立升级、独立弹性,比传统NFV提供更灵活的网络服务的即插即用,实现用户定制网络的构建基础。

同时,电信级微服务架构,采用微服务架构实现软件构建,并对其增强(如通信可靠性、通信效率等关键组件特性),使其达到电信级要求;提炼出多种公共微服务,如信令、控制路由、LB等;依托微服务关键特性(如ISSU、灰度升級等)大幅度缩减新业务上线时间,大幅度降低运营商OPEX。要知道,依托3GPP定义的服务,做了更细粒度自定义服务划分,满足网络长期演进;基础设施无关性,可以快捷部署在虚机、容器或裸金属资源池中。

同样是5G网络建设初期,不同部署模式或网络架构都需要极宽转发能力。虚拟化转发面按分布式设计,可线性扩展,按需满足5G爆炸式流量增长需求。针对不同主流运营商的用户面大带宽需求,可以采用硬件加速方案或软件加速方案来灵活适配。

这其中,硬件加速方案基于标准网卡或通用智能网卡,单计算节点支持单个或多个10GE/25GE标准网卡或40GE/100GE智能加速网卡,配置大规格虚机,充分发挥网卡转发能力,最大程度利用CPU和网络资源,后续演进可换网卡不换服务器,最大带宽可提升4倍,时延可从100微秒级降低到10微秒级,满足高速、低时延业务需求。而软件加速方案则基于标准网卡采用DPDK或者SR-IOV加速技术,拉开与传统硬件成本差距。通过软件流卸载技术,即采用VPP设计理念,结合OpenFlow思想,细分流,针对流特性执行Action,进而实现报文高速转发,性能可提升20%,成本可节约10%。

写在最后:

应该说,关于5G的话题我们还会讨论很多,各种宽泛的概念和思路都在我们考虑之内。不同于4G时代的管道提供商角色,运营商在5G时代会有更多的机会拓展增值业务,变身成综合性的端到端业务提供商。作为ICT融合的新生技术,边缘计算将高带宽、低时延、本地化业务下沉到网络边缘,为固移融合提供统一的电信基础设施支撑,对于运营商数字化转型和产业结构升级至关重要。如此种种,也都只是5G对我们惯性思维改变的一个点而已,需要我们去适应和转换思路的东西,还有很多。

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