高性能5G核心網(wǎng)，動(dòng)力從何而來？

作者：小棗君 2020-06-24 08:43:29

5G時(shí)代，整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化，為了實(shí)現(xiàn)超高速率，超低時(shí)延，超大連接，網(wǎng)絡(luò)的方方面面都進(jìn)行了改造和革新。那么，在苛刻的性能指標(biāo)要求面前，我們的5G核心網(wǎng)，究竟是怎么自我革新，面對挑戰(zhàn)的呢?

核心網(wǎng)，是整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的大腦，是不可或缺的重要組成部分。

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網(wǎng)絡(luò)的管理控制、鑒權(quán)認(rèn)證等關(guān)鍵功能，主要由核心網(wǎng)負(fù)責(zé)。核心網(wǎng)的能力是否強(qiáng)大，直接影響了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能表現(xiàn)。

6月19日，在英特爾®數(shù)據(jù)創(chuàng)新峰會(huì)暨新品發(fā)布會(huì)上，中興通訊NFV/SDN首席科學(xué)家屠嘉順先生給我們分享了中興通訊在5G核心網(wǎng)高性能運(yùn)算方面的實(shí)踐成果。

5G核心網(wǎng)，相比4G，不管是服務(wù)架構(gòu)，還有硬件平臺(tái)，都完全不一樣了。

通過引入NFV網(wǎng)元功能虛擬化技術(shù)，傳統(tǒng)的專用硬件平臺(tái)被x86通用硬件平臺(tái)所取代。

大量的通用服務(wù)器組成了硬件資源池。在資源池上，通過基于OpenStack的虛擬化軟件平臺(tái)，構(gòu)建了大量的虛擬機(jī)甚至容器。而我們5G核心網(wǎng)的網(wǎng)元，就以軟件的形式，部署在這些虛擬機(jī)和容器上，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

這樣的架構(gòu)，被稱為微服務(wù)架構(gòu)。而這個(gè)開放的平臺(tái)，也就是我們常說的電信云。

整個(gè)5G核心網(wǎng)的虛擬化和云化，使其自身具備很高的靈活性。硬件資源是靈活的，軟件部署是靈活的，業(yè)務(wù)遷移和擴(kuò)容縮容，也是靈活的。

為了進(jìn)一步降低運(yùn)維復(fù)雜度，5G核心網(wǎng)還引入了編排器。

編排器負(fù)責(zé)對資源調(diào)度進(jìn)行編排。編排器里面還集成了人工智能引擎，甚至包括大數(shù)據(jù)分析，形成一些配置庫。前期的經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)維的訴求，變成一系列自動(dòng)化運(yùn)維的policy策略，讓整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)化部署的能力。

采用微服務(wù)架構(gòu)之后，5G核心網(wǎng)的效率有了大幅的提升，部署效率可以提升30%，運(yùn)維效率提升40%，這是相比4G核心網(wǎng)的一個(gè)巨大的優(yōu)勢。

5G核心網(wǎng)，離不開高效、強(qiáng)勁的云基礎(chǔ)設(shè)施

除了控制功能之外，5G核心網(wǎng)的一個(gè)最重要指標(biāo)是轉(zhuǎn)發(fā)效率。

5G核心網(wǎng)需要將來自無線接入網(wǎng)的用戶數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)到互聯(lián)網(wǎng)。同樣的，它也需要將來自互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)給接入網(wǎng)。

5G網(wǎng)絡(luò)龐大的流量，全部都要經(jīng)過5G核心網(wǎng)。而具體負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)元，就是UPF。

UPF是5G核心網(wǎng)性能的關(guān)鍵

所以說，UPF的性能優(yōu)劣，直接決定了整個(gè)5G核心網(wǎng)的性能，甚至整個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)的性能。

那么，在目前的架構(gòu)下，UPF的轉(zhuǎn)發(fā)能力，究竟該如何獲得提升?

根據(jù)屠嘉順的介紹，目前5G UPF網(wǎng)元的性能提升，主要有三個(gè)手段：

第一個(gè)，是CPU加速。也就是UPF軟件直接部署在更強(qiáng)勁的CPU上，以此提升性能。

第二個(gè)，是通用網(wǎng)卡加速。網(wǎng)卡是流量的直接出入口，承載著大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。所以，在網(wǎng)卡上進(jìn)行加速，可以提升UPF的性能。

第三個(gè)，是采用智能網(wǎng)卡。智能網(wǎng)卡是一種特殊的網(wǎng)卡，采用了一些智能技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)卡的直接轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)性能的提升。

這里就要特別介紹一下英特爾的SST-CP(Speed  Select - Core Power)技術(shù)。

SST-CP技術(shù)，是第二代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器N系列所支持的一項(xiàng)內(nèi)核頻率控制技術(shù)。它可以靈活配置和調(diào)整CPU核的優(yōu)先級(jí)，將一個(gè)CPU的部分核，強(qiáng)制運(yùn)行在較高的頻率上。

UPF網(wǎng)元對性能的要求高，就將UPF定義到高優(yōu)先級(jí)的CPU核上，借此大幅提升UPF的工作性能。

為什么不將所有的核心頻率都提升呢?

當(dāng)然是為了節(jié)能，只讓有性能需求的網(wǎng)元工作在高頻率。5G核心網(wǎng)控制類的網(wǎng)元，例如AMF等，是不需要那么高性能的，如果全部調(diào)高，勢必增加整個(gè)CPU的能耗，單個(gè)CPU的熱負(fù)荷也超標(biāo)了。

SST-CP技術(shù)，既滿足了UPF網(wǎng)元的性能需求，又平衡了5G核心網(wǎng)的整體功耗，是一項(xiàng)非常實(shí)用的技術(shù)。

第二項(xiàng)用于UPF性能提升的技術(shù)，就是DDP(Dynamic Device Personalization，動(dòng)態(tài)設(shè)備個(gè)性化)。

DDP是一個(gè)讓網(wǎng)卡更加“聰明”的技術(shù)。

傳統(tǒng)情況下，UPF作為流量通道，需要一部分CPU核心進(jìn)行流量的分發(fā)，還有一些CPU核心做流量的轉(zhuǎn)發(fā)。比例大概是1:2。

如果網(wǎng)卡引入了DDP的技術(shù)，那么，它可以根據(jù)需求下載一些User Profile(用戶配置文件)，然后根據(jù)用戶的IP地址作為索引，進(jìn)行分發(fā)工作。這樣一來，網(wǎng)卡就具備了分發(fā)能力，那么，用于分發(fā)的三分之一的CPU核就被釋放出來了，可以做其它的工作。

也就是說，引入DDP，理論上可以提升三分之一的系統(tǒng)性能。

屠嘉順分享的中興通訊5G核心網(wǎng)測試結(jié)果，也充分驗(yàn)證了兩項(xiàng)技術(shù)的實(shí)踐成效。

SST-CP技術(shù)引入前后的系統(tǒng)性能對比

從上圖可以看出，引入SST-CP技術(shù)之后，整體性能提升了大約3%。

其實(shí)，大家都知道，英特爾CPU本身就有一個(gè)睿頻技術(shù)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整CPU的工作頻率，但是這種調(diào)整方式是不停地變化，對整體的功能和性能來說，會(huì)帶來一些不穩(wěn)定和波動(dòng)。而SST是強(qiáng)制提升，雖然整體數(shù)據(jù)看上去并不明顯，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性上要好很多。

DDP的效果就更加明顯了，從96G到128G，差不多有33%，這個(gè)結(jié)果和之前理論的分析是完全一致的。