服务电信服务器

摘要本白皮书介绍了通信服务提供商(CoSP)当前正出于何种考虑,通过何种方式实施边缘网络转型,依托英特尔基础设施,以更高的灵活性和效率加快服务交付速度.
执行概要通信服务提供商在寻找提高灵活性、发现并实施新商业模式和降低成本的方法时,不断在软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)方面发力.
而在SDN和NFV领域的发展,反过来又推动着通信服务提供商传统端局机房(CentralOffice,CO)边缘演进方法的重大变革.
2012年11月,欧洲电信标准协会(ETSI)成立了由运营商主导的NFV行业规范组(ISG),以SDN/NFV为中心的网络转型自此拉开序幕.
1在那些最初定义的NFV用例中,有很多是基于已有功能和服务的,这些功能和服务可以作为虚拟网络功能(VNF)托管在运营商边缘网络中,例如:内容分发网络虚拟化(vCDN)用户端设备虚拟化(vCPE)固定接入网络虚拟化移动核心网络虚拟化无线接入网络虚拟化(vRAN)流量分析、优化和安全网络功能虚拟化上述每种方案都提供了相应的应用场景,使得在通信服务提供商边缘托管相关VNF服务能发挥出位置(边缘)优势.
让功能或服务更贴近最终用户的优势包括:提高网络弹性,降低延迟和抖动,降低通信服务提供商核心网络负载,及促进新服务、新业务伙伴关系和新收入模式的形成.
有关方面已经开始实施各种相关计划,对控制平面与用户平面分离(CUPS)和端局机房重构为数据中心*(CORD*)等实现边缘分布的技术进行规范和标准化.
BroadbandForum*(宽带论坛)在固定网络方面,第三代合作伙伴计划(3GPP)在移动网络推动5G标准化方面都做着同样的努力.
NFV/SDN、CUPS和CORD的结合极大地促进了固定网络和移动网络的融合,实现了关于单一融合网络的承诺.
这些举措对于5G网络非常重要.
鉴于成本压力和5G对于技术的严格要求,这种融合已成大势所趋.
作者RoryBrownePaulMannionEoinWalsh英特尔公司利用英特尔架构CPU打造下一代端局机房通信服务提供商网络边缘目录摘要.
1执行概要.
11电信网络转型.
21.
1成本和竞争是变革的推动力21.
2向以软件为中心的分布式融合网络演进21.
3向可编程网络演进.
42演进的网络架构.
42.
1以软件为中心的网络的优势.
42.
1.
1灵活的服务配置.
42.
1.
2快速的服务配置.
42.
1.
3基于IT的新网络成本模型.
.
.
.
52.
2控制平面与用户平面分离.
52.
3边缘部署.
72.
3.
1网络服务要求.
72.
3.
2技术驱动因素.
72.
3.
3NGCO和合作机会72.
45G和固定移动融合.
83网络技术.
93.
1传统网络平台.
93.
2英特尔架构的网络平台.
103.
3芯片适用性.
103.
4面向NGCO的高级英特尔架构网络技术124结论.
12术语表.
13平台参考.
14引用的资源.
15更多资源.
16为了满足以软件为中心的新网络范式的需求,通信服务提供商可对传统设备进行升级,使之更具可配置性和可编程性.
支持像P4(programmingprotocol-independentpacketprocessors,编写协议无关的包处理器)这类专用网络芯片编程语言的新型和传统硬件也正在成为实现此类编程能力的主力军.
与此同时,除通过更灵活的软件许可模式为企业提供所需的灵活性、代码可移植性及更低的成本外,为满足硬件设备对于网络功能的需求,行业标准服务器的功能也在稳步提高.
本文立足这一技术发展趋势,探讨了英特尔在下一代端局机房(NGCO)中扮演的角色.
NGCO是支持SDN和NFV的通信服务提供商基础设施.
此种架构设计旨在提供敏捷的有线或移动网络基础设施以及相关的服务交付.
业界在全新英特尔至强可扩展处理器上见证的VNF性能再次证明了这是5G和固定边缘网络演进的理想选择.
1电信网络转型SDN和NFV的发展、云服务的日渐普及,外加即将到来的早期5G架构,正在推动通信服务提供商从根本上改变其计划、部署和管理基础设施的方式.
这种网络演进的一个结果是诞生一种基于开放平台的网络生态系统方法,以全新方式推出新的业务模式,与基于互联网(OTT)的服务提供商及其他垂直行业建立合作关系.
1.
1成本和竞争是变革的推动力与过去几年不同,如今以宽带为主的移动流量正逐渐与收入增长脱钩.
用户支付的流量服务费用降低导致收入增长停滞,但为支持流量增长而在容量、覆盖范围以及服务质量升级等方面所做的投入却在快速增加,其速度超过了收入增长预期.
据报,传统通信设备价格以每年10%-15%的速度下降,而流量增长却保持在每年30%的水平.
2因此,通信服务提供商现在必须寻找降低成本和建立新服务的备选方法,以便能够快速有效地探索或发展新的服务和收入来源.
除了收入下降的压力,通信服务提供商还面临着来自OTT服务提供商的挑战,二者在利润可观的互联网服务领域的竞争日益加剧.
谷歌*发布的ProjectFi*5意味着谷歌有意进入网络服务配置市场.
Facebook*的TIP*6项目则具有明确的OTT趋势,意在联合其他企业合作开发新技术,检验新业务方法,刺激电信领域的新投资.
谷歌与RailTel*的合作以及Facebook推出的ExpressWi-Fi计划更是支持在缺少移动网络连接的地区实现互联网访问.
而像OneWeb*7这样的新进入者计划于2019年发射卫星,实现在全球范围内提供高速宽带的目标.
这些公司依托云基础设施中的软件来开发解决方案和OTT托管服务,为客户提供快速的服务发布和更新.
在这种模式下,网络仅仅是向目标客户交付服务的管道.
为此,通信服务提供商必须重新定义和转变自身在提供新基础设施和服务及现有基础设施和服务时的方式,以便能够在这种新秩序下与OTT服务提供商开展竞争.
通过采用软件可编程网络,通信服务提供商能够从更具战略意义的角度来考虑什么情况下与这些对手合作、什么情况下展开竞争,同时也能够进行改革,调整内部组织、程序、运营支持系统(OSS)和客户参与模型.
这样,通信服务提供商就能实现数字服务领域所需的自动化(以降低成本和提高效率)和服务敏捷性.
1.
2向以软件为中心的分布式融合网络演进自ETSI于2012年发布NFV白皮书以来,业界的标准制定活动一直致力于将技术承诺变为现实.
目前多项标准化工作都在进行中:BroadbandForum着眼于固定网络,3GPP着眼于无线网络,其他联盟着眼于以NFV/SDN为中心的网络架构(比如CORD)的多个方面.
这些标准彰显出业内对于相关问题的看法已趋于成熟,同时表明通信服务提供商和供应商愿意改变通信服务提供商的边缘和端局机房环境以实现这些灵活的新服务交付范式.
图2所示为一些组成分布式架构的关键虚拟化组件.
分布级别因网络支持的服务而异.
我们预计移动基础设施将被分发到中间一英里站点,助力实现持续可观的流量复合年增长率.
对于延迟非常低的应用,移动用户平面将直接分发到最后一英里站点或靠近基站本身.
另一个新兴的变革力量是宽带有线基础设施的持续升级,其中通信服务提供商正不断将光纤光缆推向家庭或路边(FTTH/FTTC)场景.
与此同时,传统铜缆端局机房(CO)正在"消失",也就是说,它正在被主要基于无源光网络(PON)的光纤馈电的端局机房所取代.
这些设施的覆盖面远远超过铜缆端局机房,使得为客户提供服务所需的端局机房数量得以减少,因而只需更少的分布式端局机房即可为特定数量的人群提供服务.
图1.
流量增长3与收入趋势4201420152016201720182019202020212022年以语音业务为主的收入以非语音业务为主的收入收入流量2这些新的端局机房还融合了新的宽带无线技术,以启动固定无线接入(FWA)承载来提供最后一英里服务,作为5G和PON升级的补充.
除了上述这些举措之外,许多通信服务提供商还在积极推行CUPS(支持VNF数据平面和用户平面单独虚拟化)和CORD,并将改变节点功能的设计方式以及构建和编排站点的方式.
这些努力相当于是以大量移动部件推动了网络基础设施的变革.
固定网络通信服务提供商正在采用分离网络.
在这些网络中,防火墙、宽带网络接入网关(BNG)或会话边界控制器(SBC)等网络功能均独立于实现数据平面中传输数据包转发的硬件.
类似的服务分离也发生在由5G主要用例驱动的无线网络中,以增强关键应用的宽带,实现超低延迟和可靠通信,形成可扩展的机器对机器(M2M)通信.
另外,5G的回程要求还需要广泛部署在吞吐量、延迟、抖动和同步方面有着相当高服务质量(QoS)要求的基础设施.
这一切都会导致网络边缘发生融合,因此各个地区的通信服务提供商都在探索网络边缘和最后一英里的固定移动融合(FMC)基础设施.
在这个跨通信服务提供商、电信设备制造商(TEM)和芯片制造商的新架构中,大家都在争夺话语权.
下一代端局机房(NGCO)的概念已经出现,它是一个以光纤为主的端局机房,将支持固网和移动运营商,并且能够为更多用户提供服务.
NGCO在实施功能时将更加注重以软件为中心,这使NGCO能够部署更为灵活的新服务.
NGCO旨在充当本地边缘数据中心,与传统的集中式数据中心相比,它的占地面积更小且功耗更低.
SEGPEToR复合体PEPCRFSDN控制VIMLIIWF分析器可扩展容错最后一英里5GWi-Fi住宅中间一英里DPITDFCDNVONATDNSFWOSSMMESGWPGWVO…TDF/DPI/策略/计费vOLT、vCPE、BNG迁移到此处,实现固定移动融合移动核心网至少分发到这里.
不断演进的电信架构的主要特征分布式图2.
电信架构的演变图3.
英特尔NGCO迷你数据中心架构下方图3所示为英特尔NGCO迷你数据中心架构.
它由行业标准服务器、标准存储和交换基础设施组成.
作为NGCO参考设计的一部分,英特尔将在同一个复合体架构中启用移动演进分组核心网(EPC)、BNG和电缆调制解调器终端系统(CMTS)等多种网关类型,在灵活运用裸机、虚拟机和容器组合的基础上,满足NGCO的FMC交付要求.
这种迷你数据中心也将实现相关的服务交付,而且同样是使用行业标准服务器.
服务1英特尔至强可扩展处理器EPC/5G用户平面服务2英特尔至强可扩展处理器vCMTS服务N英特尔至强可扩展处理器vBNG/vCPE用户平面裸机-容器-OVS-VMM下一代TB级叶交换机-1U磁盘簇(JBOD)Power3U31.
3向可编程网络演进随着新网络架构的进步,传统网络设备提供商正在采用可配置性更高、可编程性更强的虚拟化架构,这些架构可根据需要来支持CUPS、SDN和新服务.
与此同时,基于现场可编程门阵列(FPGA)、网络处理单元(NPU)或支持P4等网络编程语言的其他专有可编程专用集成电路(ASIC)的新型高度可编程解决方案也正在涌现.
P4(编写协议无关的包处理器)是许多芯片供应商都支持的开源域数据包转发编程语言.
8此类编程语言比传统的ASIC设备更具灵活性,虽然仍要针对每种所需的技术编译网络应用,但无需额外的芯片开发周期,即可完成新的用户平面封装、元数据和行为的编程.
不过,事实表明,由运行在行业标准服务器上的软件实现的网络功能虚拟化技术,其增长更快、采用率更高.
NFV解决方案提供了极高的灵活性、可扩展性和代码可移植性(生态系统),性能也一直在稳步提升(如第3.
3节所述),因此这些服务器的吞吐量能够成为边缘NGCO部署的理想选择.
2演进的网络架构2.
1以软件为中心的网络的优势随着业界在NFV方面获得的经验日益增多,通信服务提供商认识到,以软件为中心的方法所提供的灵活性使得单边网络功能虚拟化基础设施(NFVI)平台能够满足固网和无线网络的消费者、家庭和企业客户群多样化的新服务需求.
与此同时,通过使用这种以软件为中心的方法,通信服务提供商还能够快速部署新的服务,包括用于市场测试的本地化部署,将失败和后续取消服务的成本降得更低.
2.
1.
1灵活的服务配置分布式网络提供了更灵活的服务配置方法.
例如,随着物联网设备数量的增加,它们受到安全攻击的可能性也在增加.
最近的分布式拒绝服务(DDoS)攻击表明,大规模DDoS攻击可能会产生过多的流量并威胁网络的稳定性.
9在网络边缘防止这种攻击有巨大的好处,因为可以将恶意攻击拦截在门外,避免增加核心或网外服务负载和造成中断.
分布式NFV安全应用非常适合确保网络边缘的安全.
例如,可以配置和部署DDoS拦截过滤器以在几秒钟内抵消攻击.
通过将安全实施转移到边缘NFV,这种方法还可以降低新应用和新设备的安全防护难度.
10对于企业客户而言,vCPE用例被视为一个具有计算能力和远程部署灵活性的平台,支持通信服务提供商在提供核心网络服务之外销售防火墙、入侵防御、WAN加速、统一通信等可选服务.
这些服务均属于计算密集型,因此非常适合作为VNF在软件中实施.
这种方法为托管服务追加销售提供了一种更为经济的"先试后买"方案,使得部署网内服务试用捆绑包的成本显著降低,并且不需要为了新服务进行昂贵的用户端设备(CPE)升级和现场访问,同时还缩短了创收时间.
在移动网络中,vEPC/v5GCN(虚拟化移动演进分组核心网/虚拟化5G核心网络)将有助于在网络边缘提供附加功能和服务,并通过远程升级这些VNF实现网络无缝过渡到5G.
之后,增强现实(AR)/虚拟现实(VR)、触觉互联网、自动化和互联汽车等延迟非常低的应用便可以随时随地按需进行配置.
在网络边缘配置动态服务的另一个显著优势是可以在网络中断期间在本地部署所需的服务并确定优先级,从而提高网络弹性.
在基础设施可能遭到破坏的灾区,这一点尤为重要.
事实上,分布式NFV网络的固有弹性是NFV计划的关键催化剂.
另外,配置灵活性还使得提供商能够根据一天中不同时段的不同需求,对相同的NFVI资源进行灵活配置:例如,随着客户使用数据的地点从郊区的家中(宽带)转移到城市的工作单位(移动),然后一天结束后再次回到家中,宽带网络接入网关(BNG)和移动演进分组核心网(EPC)网关之间进行动态切换.
在客户于家中观看流媒体视频的晚间时段,通过远程将新VNF实例化来增加郊区BNG资源,而在郊区固网负载较低的白天,将资源又重新分配给EPC.
2.
1.
2快速的服务配置SDN/NFV还有助于提高从客户订购服务到服务完成配置整个流程的效率.
目前,通信服务提供商正在通过整合SDN控制器和NFV管理和编排(MANO)堆栈来转变操作支持系统(OSS)和业务支撑系统(BSS),在软件中快速创建新服务,从而为客户提供即时订购门户.
这种自动化和自适应水平使通信服务提供商能够将服务配置从大部分手动完成特定硬件储备或订购及OSS控制器配置的人工过程转变为更加自动化的远程服务配置流程.
4目前,要在固定网络中配置数据、语音和视频等消费者服务和VPN等企业服务,通常涉及在多业务边缘路由器上配置不同类型的服务功能.
BNG通常提供家庭宽带互联网服务,而提供商边缘路由器(PE)则通常连接企业各处设施,通过运营商的多协议标签交换(MPLS)网络为企业提供全球VPN连接.
转向边缘托管的VNF可以让运营商更灵活地配置此类服务.
例如,农村非商业地区只需BNG部署,而在城市或商业中心,需要部署BNG满足城镇居民的需求,部署额外的PE功能来提供必要的企业服务.
在行业标准服务器上部署虚拟化BNG和PE服务能够带来成本和时间方面的优势,这些服务器的性能范围适用于边缘部署,能够提供极高的灵活性并且可以针对多种服务重复使用硬件.
相同的BNG或PE路由器VNF可以在任何位置的任何标准英特尔架构平台上运行,从而搭建可移植性和可扩展性极高的架构.
类似地,在移动网络中,消费者和企业服务通常要经过不同的网络功能.
消费者流量要经过深度包检测(DPI)、视频/Web优化和运营商级网络地址转换(CGNAT)等Gi-LAN功能,而企业流量则通常要经过VPN功能.
这些VNF按照固定域的需要进行部署.
即将到来的5G网络将需要处理高数据吞吐量和低延迟,因此使用分布式网络架构和将一些核心网络功能托管在边缘是必不可少的.
在边缘部署的VNF适合处理移动用户所需的灵活性和动态服务配置.
在企业和消费者流量之间共享资源并根据特定位置和一天中不同时间的需求动态地重新分配这些资源是有意义的,与使用专用设备相比,这减少了过度配置.
随着这一发展,相同的英特尔架构资源可以在服务于固网、住宅和企业服务的VNF之间动态共享.
我们也看到3GPP和BroadbandForum(BBF)现在已开始进行类似标准化的技术研究.
2.
1.
3基于IT的新网络成本模型采用基于软件的网络服务让通信服务提供商有机会研究基于使用量或"followthesun"的企业许可模式.
在这个模型中,通信服务提供商购买服务和扩展设备时不是采用传统的资本支出驱动的预算模型,而是采用更倾向于基于使用量的运营支出模型,这样做能够更好地与收入预测保持一致.
NFV/SDN允许通信服务提供商将软件与硬件分离,从而重塑供应商生态系统,实现更加优化的供应链.
竞争加剧促使供应商在为联网VNF提供的许可类型方面必须更具创新性和灵活性.
新的软件许可模式已采用更精细的按升级付费模式或基于订阅的许可模式取代了传统的包含升级服务的永久许可,甚至可能包括硬件租赁,提供网络功能即服务模式.
许可证规模的计量单位也从基于安装量的联网容量的许可模式,发展为基于实际使用、用户数量、交易,甚至是特定用例计费的许可模式.
这种方法为通信服务提供商提供了巨大的灵活性,他们可以挑选具有成本效益的许可模式,选出符合服务要求的供应商.
灵活的许可模式也可以直接惠及企业和消费者,因为他们可以根据想要的功能以及价位选择合适的服务和功能组合.
2.
2控制平面与用户平面分离通过NFV可以更轻松地迁移到CUPS架构,在该架构中控制平面与对应的用户平面部署在不同的网络位置.
5G架构将在很大程度上依赖CUPS来分别构建可扩展的控制平面和数据平面.
EPC设备从3GPP版本14起就已支持CUPS,允许在硬件用户平面和虚拟化控制平面之间进行混用和匹配.
固网领域的CUPS标准化工作11正在进行中,一旦完成,将支持在合适的节点处实现网络功能的虚拟化.
例如,虚拟化控制平面可以在高负载时段内弹性扩展(例如中断后重新连接)而不受基于硬件的用户平面实施的约束.
移动网络中包转发引擎的服务分离如图4所示,固定网络中包转发引擎的服务分离如图5所示.
在VNF实施过程中,网络功能与数据平面中实施数据包转发的硬件相互独立,并且可以在任何标准服务器或云中的任何位置运行.
5如今的移动核心网核心网已分离移动网络:增值服务与包转发引擎相分离移动网络:NFV和分离服务迁移到VNFNGCO中的无线网络服务移动核心网设备路由器vGW服务数据平面包移动器服务:MMEHSSPCRFSGWPGWGi-LAN覆盖包服务服务:vMME、vHSS、vPCRF、SGWCP和PGWCPAUSF、UDM、PCF、AMF、SMF和UPFGi-LANCP数据平面底层包移动器服务:IPVPNNFVI服务器+交换机如今的PE/BNG路由器路由器已分离固定网络:增值服务与包转发引擎相分离固定网络:NFV和分离服务迁移到VNFNGCO中的固定网络服务BNG-PE路由器路由器vGW服务数据平面包移动器线卡服务:BRASCG-NATFWIDS/IPSCDNIPVPN覆盖包服务服务:vGW服务vBRASvCG-NATvFWvIDS/IPSvCDNvIP-VPN数据平面底层包移动器服务:IPVPNNFVI服务器+交换机图4.
4G和5G移动网络中的服务分离图5.
固定网络中的服务分离62.
3边缘部署NFV不仅让运营商可以将网络功能与硬件分离,还能将网络功能与位置分离.
因此,可以根据需要经济高效地配置功能,包括NGCO或运营商网络内更深的位置(如有需要).
2.
3.
1网络服务要求网络可靠性的提高是边缘网络部署的一个重要方面.
根据目前的典型设备和服务正常运行时间要求,硬件冗余模型必不可少,要求以1:1或1:N的方式备份设备或刀片服务器,从而确保所有用户流量得到妥善保护.
保护(软件和硬件)设备必须由同一供应商提供.
从采购、占地和维护的角度来看,成本高昂.
NFV可实现更灵活的N:1或M:N应用冗余模型,其中VNF(例如,vEPC)可实例化为托管在行业标准服务器上的备用软件实体,以便按照用户的情况,以更低的成本保护每个用户多个更加活跃的VNF实例.
这种先进的冗余还可以在分层模型中实现,这样就可通过集中式VNF保护来为多个位于接入位置的VNF提供保护.
如果发生故障,流量可以快速切换到备用VNF实例.
具体情况请参见图6.
灵活的边缘/NGCO平台方法让通信服务提供商能够采用SDN/NFV实践方法来构建ETSIISG成立时所设想的可扩展边缘企业、移动和家庭服务.
这种方法支持在同一个边缘平台上部署用户平面(vCPE、vBNG和vEPC)、高级企业安全(虚拟防火墙(vFW)、入侵防御系统(IPS))、消费者安全(家长控制)和视频服务(vCDN)、虚拟机顶盒(即vSTB)等所需的各种软件VNF.
该方法的灵活性让通信服务提供商与OTT/服务供应商共享收入成为可能,这些供应商需要接入这种关键网络支持基础设施,以改善服务的延迟或地理位置.
服务正常运行时间和冗余部署NFV前多种备用设备每个功能使用M:1单一备用硬件N个功能使用MxN:1部署NFV后功能A12M备用设备1功能B12M备用设备2功能N12M备用设备N12M12M备用硬件12M功能VNFA功能VNFB功能VNFN图6.
服务正常运行时间和NFV-SW冗余2.
3.
2技术驱动因素消费者需求推动了向OTT服务的迁移.
即将到来的4K视频、不断增长的互联家庭/企业设备以及机器对机器(M2M)设备连接的预期增长,将推动固定网络和无线网络上的数据流量持续增长,复合年增长大约为30%.
12为了应对这一巨大的流量增长,通信服务提供商计划将固网应用和无线应用的传统集中式功能迁移到边缘.
这可以减少核心网络上的负载,使通信服务提供商能够分发内容,并可推出基于分布式架构的新服务.
例如在移动领域,EPC用户平面已经迁移到城域网,如图8(分布式边缘数据平面和服务)所示.
由于需要支持大量流量,因此固定无线接入将进一步加剧这一趋势.
此外,随着无线接入网络的虚拟化(vRAN)可行性不断增强,通信服务提供商也开始在最后一英里的位置部署vRAN基带单元.
同样,在固定网络中,FTTxPON的大规模部署(vBNG)以及虚拟光线路终端(vOLT)和vCPE解决方案的日益普及也在推动这些功能迁移到最后一英里的位置.
2.
3.
3NGCO和合作机会AT&T*和亚马逊*最近宣布扩展合作伙伴关系,使亚马逊云服务与AT&TFlexWare*边缘平台之间的互联更加简单和安全,以期帮助企业提高边缘计算部署的灵活性.
此外,AT&T和亚马逊正在探索如何将亚马逊的Greengrass物联网*平台引入到AT&TFlexWare,以便为企业创造新的物联网商机.
不难想象下面这种情况:在边缘分析、第三方CDN、政府、公共安全、私人安全和游戏等多种领域内,通信服务提供商拥有的边缘NFVI借助位置邻近的通信服务提供商运营所提供的应用编程接口(API),提供期待已久的双边收入模式以促进OTT协作.
7重要的是,这可以让通信服务提供商摆脱其服务与传统供应商的硬件和OSS控制器紧密挂钩的模式,转向服务配置专用性更低且向更多独立和第三方软件服务供应商开放的模式,为创新提供更好的选择.
2.
45G和固定移动融合通信服务提供商不仅希望在通用基础设施上托管单独的网络功能,更希望实现真正融合的固定和移动网络.
为了保护通信服务提供商网络投资和创收能力,FMC计划应运而生.
随着我们在5G方面的投资越来越大,这对于通信服务提供商来说变得越来越重要.
要实现这一点,通信服务提供商需要在固定网络和移动网络之间拥有通用凭证、策略和用户数据管理.
这最终将导致EPC(用于移动网络)和BNG(用于固定网络)之间的控制平面5G-FMC:BBF高级架构融合分组核心网LTERANNEWRAN融合混合接入固定AN互操作共存SGFMIF固定IP网络数据网络控制平面用户平面NGRGRGSGAGF图7.
拟定的BBF/3GPPFMC架构和用户平面互相融合.
3GPP和BroadbandForum已经开展了一个联合计划,约定了FMC标准化的时间框架,将在3GPP版本15中确定研究工作和在版本16中确定规范性工作.
13这一高级别架构如图7所示.
基于NFV/SDN的以软件为中心的网络将实现资源共享,可避免固定网络和无线网络中的网络功能重复和各自的过度配置.
新兴的CUPS架构支持在网络的任何层面进行融合.
然而,融合对于网络边缘很有利,既能满足基于业界标准服务器的NFV解决方案功能所需的性能要求,亦能支持全面虚拟化以实现极其灵活的架构.
图8总结了向融合固定/5G智能边缘的演进,其中分配了用户平面来实现服务.
8FMC:固定和移动用户平面和分布式边缘服务融合智能边缘:服务和数据平面的分发访问最后一英里中间一英里聚合区域本地城市核心网数据中心核心网vEPC固定和移动控制平面vPEvBNG和vOLTvCPE图8.
分布式边缘数据平面和服务3网络技术3.
1传统网络平台基于专用ASIC或NPU的专用硬件网络平台通常是用户平面中的性能佼佼者,目前每个线卡实例达到n个TB吞吐量.
在6到9个月的软件发布周期内,临时软件版本多数情况下可改进控制平面功能.
但是,升级能力受到硬件平台的限制,因为软件和硬件之间存在如此紧密的耦合.
服务创新与硬件开发周期直接相关,大约24到36个月的硬件开发周期拖慢了引入新服务的速度.
在当前的商业环境中,通信服务提供商的竞争已经从大同小异的通信服务提供商转变为更灵活的互联网速度OTT提供商,这种缓慢的服务创新方式让通信服务提供商明显处于劣势.
传统的ASIC在设计、测试和制造方面价格昂贵.
所需的开发技能集(例如寄存器传输级(RTL)设计和芯片验证)成本高昂且供应不足.
同样,在软件开发中,掌握专有平台深厚知识的开发人员有限,这增加了软件开发的成本和所需时间.
然后,这些前期开发和制造成本必须在整个产品生命周期中得到补偿,并且可能成为低销量产品的实质性价格驱动力.
巨大的失败成本使得服务创新变得缓慢而昂贵.
这并不是说ASIC在下一代网络中没有容身之处.
ASIC可以始终用于固定功能传输领域,其中的传输协议栈(OSI的第1层到第4层)已被充分理解/标准化并且汇聚交换速度是重要的技术选择因素.
然而,因为新的竞争形势和对服务灵活性的需求,企业和面向消费者的服务(第5层到第7层)现在必须加速演进,而这些现象推动它们从主要的传输/交换功能中分解出来,以更适合的基于软件的方式实施.
P4计划8旨在应对这一趋势,开发可在多种平台(包括基于FPGA和基于NPU的设备)上进行编译的统一网络编程语言.
但是,P4代码仍然需要针对每个硬件平台单独编译,即使在成熟的编程语言中,也难以避免平台之间出现编译器兼容性问题,而此类问题也会限制其可移植性.
另外,对不同硬件特定映像的需求也将限制软件实例的恢复能力并增加资源管理的复杂性.
此外,对于应用感知安全性的需求(特别是随着安全边界分布到NGCO位置),将推动通信服务提供商在这些位置采用英特尔架构进行多服务平台部署,这是因为(a)它们对于那些位置而言性能完全足够,(b)它们是真正可编程的,(c)它们可以从核心到边缘一致地实施统一的安全策略,且(d)支持真正独立于硬件的生态系统不断发展.
93.
2英特尔架构的网络平台随着NFV日趋成熟,虚拟化网络功能的性能不断提高.
而且,随着对NFV的了解不断加深,虚拟化软件亦变得日趋先进和高效.
同时,硬件性能也在不断提高,这不仅得益于摩尔定律的常规性能改进周期,也得益于行业标准服务器中新增的一系列网络硬件加速功能.
VNF的性能现在已达到一定的水平,使其成为在中小型负载站点(例如NGCO边缘站点)中部署的一个有吸引力的选择.
VNF的优点很多.
这种软件在不同服务器之间完全可移植,并允许在不同部署实例之间快速增加或减少,实现弹性很高的部署.
升级周期很短,通常为三到六个月,可以持续升级服务和功能.
它还允许软件和硬件供应商之间完全脱钩,从而减少对单一来源的依赖,并以更优惠的价格提高解决方案的灵活性.
此外,NFV平台可以更高效地处理非对称流量,因为平台资源可根据上行/下行流量需求动态分配,如图9所示.
在有线和无线业务中,上行/上游和下行/下游业务之间存在不对称性.
例如,日本移动网络的流量统计数据表明,上行链路和下行链路之间的流量比是1:6.
6.
14固定网络的消费者流量比也是类似的,只有企业流量接近对称.
在传统的基于ASIC/NPU的设备中,分配的芯片资源在上行链路/下行链路吞吐量方面通常是固定的.
在虚拟化解决方案中,可以根据需要将芯片资源(如CPU内核、RAM等)分配和重新分配给任一方向的业务功能.
这种带宽和资源灵活性在试用新应用(例如新兴的增强现实/虚拟现实(AR/VR)服务)时也很有帮助,此时如果这些新应用突然被采用/接受,可能会迅速改变某个给定地区的上游/下游比率和流量吞吐量.
3.
3芯片适用性在电信网络中,平台究竟适合采用哪种芯片取决于应用、吞吐量和部署位置,如图10所示.
集中式核心部署需要非常高的吞吐量,但如果能够形成规模经济,则可以容忍较低的灵活性,而基于ASIC/NPU的传输结构可能更适合这些位置.
相反,边缘位置需要支持较低的吞吐量,但需要极大的灵活性,以使用尽可能少的网络设备运行多种服务.
基于英特尔架构的NFV是边缘位置的明智选择.
用户平面资源分配服务网络不对称部署NFV前部署NFV后在非对称负载中,设备容量无法高效利用上行链路16Gbps上行链路16GbpsNFV允许为每个功能不对称分配内核数量,以便高效地利用NFV基础设施下行链路64Gbps下行链路64Gbps设备容量下行链路VNF22个内核VNF114个内核NVFI容量设备容量上行链路图9.
用户平面资源分配Pre-NFVASIC/NPUNFV传输要求高高低低灵活性要求城市核心网本地图10.
原始传输结构对传输和灵活性的要求10在欧洲、中东和非洲地区/美国,现有的最后一英里边缘位置通常覆盖数百至数千用户15,在亚太地区人口密集的城市中心,这一数字更高.
然而,铜缆替代趋势(即用光纤服务的端局机房代替传统铜线接入端局机房)正在延续着快速发展势头,将重新定义最后一英里NGCO的规模.
光纤覆盖范围更大,这意味着最后一英里的站点数量会更少,因此本地NGCO将为更多的客户提供服务,可能达到数万名客户.
对于大城市站点,服务的用户数量约为数十万用户.
这两种情况下的流量都低于集中式部署方法.
图11总结了2017年每个网络位置中固定和无线网络的典型用户数量及相应的预计流量规模.
数百至数万用户固定网络:每个站点10sGbps,每个用户2Mbps移动网络:每个站点1sGbps,每个用户0.
25Mbps数十万用户固定网络:每个站点100sGbps,每个用户2Mbps移动网络:每个站点10sGbps,每个用户0.
25Mbps数百万用户固定网络:每个站点1000sGbps,每个用户2Mbps移动网络:每个站点100sGbps,每个用户0.
25Mbps网络中的典型吞吐量访问最后一英里中间一英里聚合区域本地城市核心网核心网2017年的客户数量和典型的网络吞吐量图11.
2017年的客户数量和网络吞吐量16图12.
边缘BNG要求与NFV性能17图13.
边缘EPC要求与NFV性能18技术发展和新技术的出现使NFV解决方案的性能得到了极大提升.
性能测试表明,NFV已经能够支持固定和无线网络功能的最后一英里和中间一英里流量规模.
实际的vBNG解决方案与边缘BNG需求之间的比较如图12所示,而vEPC解决方案与边缘EPC需求之间的比较如图13所示.
在这两种情况下,NFV解决方案在单台服务器上展现出了满足甚至超过最后一英里和中间一英里部署要求的出色性能,同时还能够支持在相同的硬件上灵活运行其他网络功能.
050100150200250300吞吐量,Gbps2014201920182020201620152017年2017年的BNG边缘吞吐量要求,5万用户,每个用户2Mbps,40%复合年增长率vBNG:每台COTS服务器iMix159Gbps,两个英特尔至强CPUE5-2699v301020304050607080吞吐量,Gbps2014201920182020201620152017年2017年的EPC边缘吞吐量要求,10万用户,每个用户0.
25Mbps,40%复合年增长率vEPC:每台COTS服务器80Gbps,两个英特尔至强铂金8170处理器vEPC:每台COTS服务器17Gbps,两个英特尔至强CPUE5-2699v3113.
4面向NGCO的高级英特尔架构网络技术英特尔架构和辅助技术不断添加和扩展高级技术,快速提升了NFV解决方案的性能.
英特尔提供的部分技术包括:利用数据平面开发套件(DPDK)、轮询模式驱动程序(PMD)和动态设备个性化(DDP)等技术对负载均衡功能进行硬件加速.
与软件负载均衡解决方案相比,这种方式可大幅提升性能.
为VNF数据包处理实施"运行至完成"(RTC)模型,为网络提供了至关重要的实时处理功能.
使用硬件加速数据包转发,如单根I/O虚拟化(SR-IOV).
平衡的I/O系统,可以更快地发现、配置和改进外围设备的性能,并确保双路服务器具备确定性行为和更高的使用效率.
使用英特尔QuickAssist技术(英特尔QAT)内置的硬件加速加密/解密功能.
在网卡上添加FPGA,使供应商能够实施创新的目标硬件加速技术来提升性能.
所有这些技术都允许采用基于英特尔架构的NFV解决方案来达到所需的性能级别,因而成为网络功能边缘部署的理想选择.
4结论通信服务提供商一直在推动重大网络转型,以实现更高的效率、灵活性和弹性,同时降低成本,发掘新的商业机会.
这种转变正在演变出几种主要趋势:NFV/SDN,将网络转向以软件为中心的解决方案,支持高度灵活的动态服务配置,同时将软件与硬件分离并使供应链更加精简和高效.
CORD有力推动在边缘部署功能,以支持全新用例和业务模式.
CUPS将控制平面与用户平面分离,支持在合适位置以高效配置单独部署每个平面.
5G,支持多种新的移动用例,并为移动网络运营商带来新的机遇.
FMC,将支持移动和固定网络之间的控制和用户平面完全融合,并使通信服务提供商能够借助新的用户服务保护投资和收入.
虽然传统的基于ASIC和NPU的网络平台可以提供非常高的吞吐量,但它们缺乏敏捷边缘部署所需的灵活性和可移植性.
英特尔在其架构中引入了大量新技术,以实现NFV性能的持续提升.
因此,NFV性能一直在稳步提升,其吞吐量性能现已能够支持行业标准服务器经济高效地在NGCO边缘部署网络功能.
NFV具有更高的灵活性和可移植性,支持规模经济和全新功能,并能够带来以硬件为中心的解决方案无法实现的新商机,堪称边缘部署的理想选择.
获取更多信息,了解如何就此核对清单中的下一代网络边缘解决方案展开对话和决策:制定通用用户端设备的商业案例12术语项目描述AR/VR增强现实/虚拟现实ASIC专用集成电路BNG宽带网络接入网关CAGR复合年增长率CDN内容分发网络CGNAT运营商级网络地址转换CO端局机房CORD端局机房重构为数据中心COTS商用现货CPU中央处理器CoSP通信服务提供商CUPS控制与用户平面分离DDoS分布式拒绝服务DDP动态设备个性化DPDK数据平面开发套件DPI深度包检测EPC移动演进分组核心网ETSI欧洲电信标准协会FMC固定移动融合FPGA现场可编程门阵列FW防火墙FWA固定无线接入IPS入侵防御系统ISG行业规范组MPLS多协议标签交换NAT网络地址转换NFV网络功能虚拟化NFVI网络功能虚拟化基础设施NIC网络接口控制器NPU网络处理单元PE提供商边缘路由器PMD轮询模式驱动程序OLT光线路终端OSS运营支持系统OTT基于互联网的服务RAN无线接入网络RSS接收方调整RTC运行至完成RTL寄存器传输级SDN软件定义网络SR-IOV单根I/O虚拟化STB机顶盒TEM电信设备制造商VIM虚拟基础设施管理器VM虚拟机VNF虚拟网络功能术语表13平台参考LightReading*提供的参考平台EANTC*-Nokia*测试报告DatapathVM处理器(类型,时钟速度)英特尔至强CPUE5-2699v3@2.
30GHz(18核)内存(KB)65934776NIC4个英特尔以太网服务器适配器X520-2(82599芯片组)PCIe*版本PCIe2.
0x8控制VM处理器(类型,时钟速度)英特尔至强CPUE5-2687Wv3@3.
10GHz(10核)内存(KB)131998316NIC4个英特尔以太网服务器适配器X520-2(82599芯片组)PCIe版本PCIe2.
0x8SAEGW(OAM、LB和MGVM)硬件惠普*C7000刀片系统刀片类型ProLiant*BL460cGen9Server刀片互连托架6125XLG刀片式交换机处理器(类型,时钟速度)2个英特尔至强CPUE5-2680v3@2.
50GHz(12核)内存(GB)128NIC惠普以太网10Gb2端口560FLBPCI夹层卡惠普以太网10Gb2端口560MePDG的MG处理器(类型,时钟速度)英特尔至强CPUE5-2699v3@2.
30GHz(18核)内存(KB)65934776NIC4个英特尔以太网服务器适配器X520-2(82599芯片组)PCIe版本PCIe2.
0x8用于ePDG的LB和OAM处理器(类型,时钟速度)英特尔至强CPUE5-2687Wv3@3.
10GHz(10核)内存(KB)131998316NIC4个英特尔以太网服务器适配器X520-2(82599芯片组)PCIe版本PCIe2.
0x8主机上运行的软件主机操作系统和内核版本CentOS*Linux*版本7.
0.
1406(内核)3.
10.
0-123.
9.
3.
el7.
x86_64Libvirt版本libvirt-1.
2.
17-13.
el7_2.
2.
x86_64QEMU/KVM*版本qemu-kwn-ev-2.
1.
2-23.
el7_1.
8.
1.
x86_6414引用的资源1https://portal.
etsi.
org/NFV/NFV_White_Paper.
pdf2请参阅IHSTelecomTrendsandDriversH1'17(2017年上半年IHS电信行业趋势和驱动因素)第13页https://technology.
ihs.
com/589822/telecom-trends-drivers-market-report-regional-h1-20173http://www.
cisco.
com/c/dam/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/complete-white-paper-c11-481360.
pdf4https://www.
gsma.
com/5https://fi.
google.
com/about/6https://telecominfraproject.
com/7http://oneweb.
world/8https://p4.
org/9请参阅https://blogs.
akamai.
com/2016/10/620-gbps-attack-post-mortem.
html和https://dyn.
com/blog/dyn-analysis-summary-of-friday-october-21-attack/10http://ieeexplore.
ieee.
org/document/7945849/11https://www.
broadband-forum.
org/standards-and-software/major-projects/cloud-central-office12请参阅CiscoVNI2015-2026(思科可视化网络指数2015-2026)http://www.
cisco.
com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/complete-white-paper-c11-481360.
pdf、http://www.
cisco.
com/c/dam/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/complete-white-paper-c11-481360.