5G時代的核心網(wǎng)部署面臨哪些挑戰(zhàn)?

大家都知道，根據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織定義，5G網(wǎng)絡(luò)的大腦——核心網(wǎng)發(fā)生了空前變化。

首先，5G核心網(wǎng)原生支持控制面和用戶面徹底分離，使得用戶面UPF可靈活下沉，與邊緣計算（MEC）一起分布式部署于更靠近用戶和數(shù)據(jù)源的位置，從而可降低網(wǎng)絡(luò)時延，提升業(yè)務(wù)體驗，并推動行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新。

其次，5G核心網(wǎng)基于云原生架構(gòu)設(shè)計，采用了基于服務(wù)的架構(gòu)（SBA），借鑒了IT領(lǐng)域的微服務(wù)概念，從而可充分利用云平臺設(shè)施彈性敏捷地部署網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)，從容應(yīng)對各行各業(yè)的多樣化、差異化業(yè)務(wù)需求。

正是基于以上技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，5G才能發(fā)揮其最大價值——幫助運營商將業(yè)務(wù)范圍從2C拓展到2B，這不僅能為運營商帶來新的收入來源，更重要的是還將賦能全行業(yè)數(shù)字化變革。

那接下來，5G要走進(jìn)各行各業(yè)，在實際部署過程中核心網(wǎng)面臨哪些挑戰(zhàn)，將如何演進(jìn)？

2020年10月12日-16日，英特爾在線上舉辦了“5G云網(wǎng)融合線上論壇”，在“云原生加速5G核心網(wǎng)演進(jìn)”分會上，多位行業(yè)專家介紹了5G垂直行業(yè)方案中核心網(wǎng)的作用和挑戰(zhàn)，以及人工智能和云原生技術(shù)對 5G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)推動及實現(xiàn)。

UPF是關(guān)鍵節(jié)點

UPF作為5G核心網(wǎng)的重要網(wǎng)絡(luò)功能，擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)流量的處理、路由等核心功能。5G UPF與控制面徹底分離后，可下沉部署于更接近數(shù)據(jù)源的邊緣DC、區(qū)域DC、園區(qū)、工廠等位置，從而可使能5G網(wǎng)絡(luò)切片，催生大量低時延、高可靠訴求的行業(yè)應(yīng)用。顯然，UPF在5G向垂直行業(yè)擴展中扮演著至關(guān)重要的角色，它是5G和垂直行業(yè)的連接點，也是5G驅(qū)動行業(yè)的發(fā)力點。

面向公網(wǎng)服務(wù)，UPF部署于網(wǎng)絡(luò)核心側(cè)，負(fù)責(zé)全網(wǎng)業(yè)務(wù)，承載百萬級以上的用戶數(shù)，要求容量大、功能全、性能高。但面向垂直行業(yè)，UPF分布式部署并承載不同行業(yè)的專網(wǎng)業(yè)務(wù)，要求具備輕量化、低成本、靈活部署等特性。

然而，由于UPF與控制面（SMF）的接口（N4）是非標(biāo)準(zhǔn)化的，造成UPF與SMF同廠商的綁定，無法滿足邊緣用戶側(cè)UPF輕量化、低成本和靈活的部署需求。

為了降低5G走進(jìn)千行百業(yè)的門檻，推動豐富的行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新，中國移動于2020年1月3日攜手25家產(chǎn)業(yè)合作伙伴啟動了“OpenUPF—面向行業(yè)的5G UPF及N4接口開放合作伙伴計劃”， 從開放接口、開放設(shè)備、開放服務(wù)和開放智能四個方面定義可靠、可管、可信、簡潔、靈活、開放的UPF。

在本次會上，中國移動研究院網(wǎng)絡(luò)與IT技術(shù)研究所技術(shù)經(jīng)理魏彬表示，截止目前已經(jīng)有44家合作伙伴加入了該計劃，包括華為、中興、愛立信等傳統(tǒng)設(shè)備商，騰訊、阿里等互聯(lián)網(wǎng)巨頭，浪潮、新華三、聯(lián)想等IT廠商，英特爾、博通等芯片巨頭，思博倫、是德科技等儀表廠商，涵蓋了整個端到端產(chǎn)業(yè)鏈。

項目組按照既定目標(biāo)還取得了豐碩的成果，已發(fā)布《面向垂直行業(yè)的N4解耦UPF設(shè)備規(guī)范》、《面向垂直行業(yè)的N4接口規(guī)范》和《5G OpenUPF白皮書》，正穩(wěn)步推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)協(xié)同，積極開展N4解耦實驗室測試。

在CPU加速方面，第二代英特爾？至強？可擴展處理器支持英特爾SST-CP（Speed Select-Core Power）功能，可靈活配置和調(diào)整CPU核的優(yōu)先級，讓高優(yōu)先級的CPU核運行在更高頻率上。通過SST-CP功能，可將UPF轉(zhuǎn)發(fā)線程的CPU核設(shè)置為高優(yōu)先級，并運行在高頻率上，從而可提升UPF數(shù)據(jù)處理效率。

在通用網(wǎng)卡加速方面，英特爾以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器支持DDP功能，通過對DDP功能進(jìn)行二次深度開發(fā)和優(yōu)化，在網(wǎng)絡(luò)適配器XXU710 SRIOV VF上實現(xiàn)了GTP報文識別分流，有效節(jié)省了分發(fā)核，提高了系統(tǒng)性能。

增強云原生，構(gòu)建高性能的5G網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)云化演進(jìn)之路經(jīng)歷了傳統(tǒng)物理網(wǎng)元，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV），云化部署，云原生四個階段。

傳統(tǒng)物理網(wǎng)元軟硬件垂直一體化，是緊耦合的黑盒式設(shè)計，業(yè)務(wù)開發(fā)周期長，擴展性受限，升級改造受制于單一設(shè)備制造商，且資源不能共享，業(yè)務(wù)難融合。第二階段的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化從傳統(tǒng)物理網(wǎng)元中解耦出了網(wǎng)絡(luò)功能軟件，使之能運行于通用的硬件平臺之上。但解耦后的網(wǎng)絡(luò)功能軟件依然是“大塊頭“的單體式架構(gòu)，無法充分利用云環(huán)境的靈活性。為此，業(yè)界提出了基于云原生的設(shè)計原則，將網(wǎng)絡(luò)功能軟件進(jìn)一步分解為細(xì)粒度的功能模塊，并通過開放API接口來實現(xiàn)集成，從而可提升應(yīng)用開發(fā)的整體敏捷性和彈性。

簡而言之，云原生，即Cloud Native，這是一個組合詞，Cloud表示應(yīng)用程序位于云中，而不是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心；Native表示應(yīng)用程序從設(shè)計之初起就考慮到了云環(huán)境，原生為云而設(shè)計，支持在云上最佳運行，并充分利用和發(fā)揮云平臺的彈性和分布式優(yōu)勢。

針對云原生在電信領(lǐng)域的痛點，英特爾網(wǎng)絡(luò)平臺事業(yè)部馬建偉介紹到，英特爾一直致力于推動和促進(jìn)基于云原生設(shè)計的應(yīng)用在生產(chǎn)環(huán)境的落地，一方面充分發(fā)揮至強可擴展處理器、高性能的網(wǎng)絡(luò)控制器、QAT加速卡、FPGA、傲騰持久內(nèi)存等各種硬件特性，一方面在自動化部署、應(yīng)用可移植增強、報文處理加速、資源管理、平臺安全等領(lǐng)域貢獻(xiàn)了針對性的補丁和功能性實現(xiàn)，以增強Cloud Native特性。

具體的講，英特爾主要在網(wǎng)絡(luò)、報文處理、資源管理、遙測技術(shù)、自動化部署五個場景對Cloud Native進(jìn)行了增強。比如，原生容器只支持一個網(wǎng)絡(luò)接口，而對于電信業(yè)偏網(wǎng)絡(luò)的容器必須支持多網(wǎng)絡(luò)接口，以分別支持控制通道、管理通道和數(shù)據(jù)通道，為此，英特爾插件支持多網(wǎng)口；為了滿足不同場景的網(wǎng)絡(luò)速率需求，有支持面向東西向數(shù)據(jù)通道的USERSPACE網(wǎng)絡(luò)容器接口，也有支持面向南北向的SR-IOV接口。

網(wǎng)絡(luò)智能化是必然趨勢

基于云原生設(shè)計的5G核心網(wǎng)解耦了傳統(tǒng)網(wǎng)元的軟硬件，并將解耦后的軟件功能進(jìn)一步微服務(wù)化，實現(xiàn)了從駐留于云到充分利用云的跨越，讓5G核心網(wǎng)更加彈性、高效和靈活，從而可使能5G網(wǎng)絡(luò)切片從一張網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上按需 “切”出多個相互隔離的、SLA可保障的虛擬專網(wǎng)，為各行各業(yè)的多樣化業(yè)務(wù)需求提供定制化、差異化服務(wù)，幫助運營商實現(xiàn)5G toB商業(yè)成功。

這對于運營商乃至整個電信業(yè)而言，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與商業(yè)模式都將發(fā)生空前改變，隨之對網(wǎng)絡(luò)運營、運維模式也提出了全新的挑戰(zhàn)和要求，包括：1）組網(wǎng)復(fù)雜：2/3/4/5G/Wi-Fi/固網(wǎng)多網(wǎng)絡(luò)共存，網(wǎng)元解耦和微服務(wù)化帶來網(wǎng)絡(luò)功能模塊數(shù)量激增，分布式邊緣DC內(nèi)IT與CT設(shè)備共存，跨DC之間需統(tǒng)一協(xié)同的業(yè)務(wù)管理和資源調(diào)配等；2）數(shù)據(jù)量龐大：5G萬物智聯(lián)時代將收集、傳輸、處理和應(yīng)用海量數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)種類復(fù)雜；3）業(yè)務(wù)、場景多樣：不同業(yè)務(wù)、不同場景對網(wǎng)絡(luò)帶寬、時延等能力要求不同，且對于特定行業(yè)應(yīng)用要求始終如一的SLA保障；4）網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)更靈活：網(wǎng)絡(luò)運營需敏捷支撐新業(yè)務(wù)快速上線。

針對這些挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)人工運維方式已不能滿足5G時代的新要求，網(wǎng)絡(luò)邁向智能化、自動化是必然趨勢。

為此，亞信科技網(wǎng)絡(luò)域產(chǎn)品研發(fā)與交付中心產(chǎn)品規(guī)劃專家王迎介紹，基于全域虛擬化、全域智能化、全域可感知的設(shè)計理念，亞信科技推出了5G網(wǎng)絡(luò)智能化產(chǎn)品（AISWare 5G Network Intelligence）系列，以幫助運營商應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)云化和軟件化趨勢下的業(yè)務(wù)快速上線、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行、客戶感知和體驗管理等挑戰(zhàn)。該產(chǎn)品充分發(fā)揮亞信科技成熟的人工智能和機器學(xué)習(xí)平臺和BSS/OSS協(xié)同能力，助力運營商大幅提高運維/ 運營工作效率，降低運營/運維支出，提升客戶滿意度。

在網(wǎng)絡(luò)智能化領(lǐng)域，亞信科技與英特爾展開了全面合作，已推進(jìn)多個典型應(yīng)用場景落地。在用戶精準(zhǔn)定位場景，雙方基于Analytics Zoo平臺實現(xiàn)分布式算法，顯著提升了海量數(shù)據(jù)下的定位精度。在滿意度評估場景，通過Analytics Zoo平臺簡化數(shù)據(jù)分析架構(gòu)，采用英特爾優(yōu)化的Phyton和算法提速模型預(yù)測，以及利用傲騰SSD提速大數(shù)據(jù)讀寫，最終實現(xiàn)了端到端效率的顯著提升。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)能場景，基于英特爾ZOUWU項目的時序分析及AutoML工具，提升了基站效能預(yù)估精度，在不影響業(yè)務(wù)感知的前提下顯著提升了基站效能評估精準(zhǔn)度。

總之，通過本次會議我們看到：行業(yè)應(yīng)用，是5G的重頭戲；而5G toB，核心網(wǎng)是重中之重。面向未來，OpenUPF，UPF加速，增強云原生，以及網(wǎng)絡(luò)智能化，是實現(xiàn)高效的5G核心網(wǎng)使能千行百業(yè)數(shù)字化的關(guān)鍵。
責(zé)任編輯:tzh