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.
来源: http://zhuanlan.51cto.com/art/201909/602482.htm