5G時(shí)代NFV正在成為運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型之路的必然選擇

5G最大的變化在網(wǎng)絡(luò)層面，需要底層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)形成一種網(wǎng)絡(luò)切片，另一個(gè)大的趨勢邊緣計(jì)算。這兩者都讓NFV變得越來越重要，因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)備已經(jīng)不能適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。所以在5G時(shí)代，NFV是“必選項(xiàng)”。作為NFV的參與者和引領(lǐng)者，中國移動(dòng)在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和硬件加速方面持續(xù)發(fā)力，推動(dòng)NFV“燎原”發(fā)展。

5G時(shí)代，NFV是“必選項(xiàng)”

隨著互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的興起，全球各大運(yùn)營商正在面臨著網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型大潮的沖擊，NFV正在成為運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型之路的必選項(xiàng)。

Global Market Insights發(fā)布的NFV行業(yè)報(bào)告預(yù)測，到2024年NFV市場將超過700億美元。另一項(xiàng)研究顯示，2018年至2022年期間NFV市場增長至190億美元。接近79%的電信專業(yè)人士將NFV視為未來五年的關(guān)鍵戰(zhàn)略重點(diǎn)。

今年6月，工信部正式發(fā)放5G牌照后，相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)程明顯提速。5G的到來無疑將加速網(wǎng)絡(luò)虛擬化的進(jìn)程，包括對NFV的需求也將更加迫切。

NFV，這項(xiàng)被譽(yù)為可以降低資本支出同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性的工具，將在5G時(shí)代將迎來新的爆發(fā)。

業(yè)內(nèi)專家指出，“隨著5G的到來，網(wǎng)絡(luò)流量急速增長，網(wǎng)絡(luò)急需變革，因?yàn)楝F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的靈活性應(yīng)付不了將來整個(gè)產(chǎn)業(yè)的需求，這個(gè)產(chǎn)業(yè)需求不光是電信運(yùn)營商，還包括各個(gè)企業(yè)網(wǎng)、云端、OTT的需求，虛擬化的進(jìn)程也勢必將加速。”

據(jù)了解，目前NFV的標(biāo)準(zhǔn)和開源碼基本成熟可用，ETSI的R2版本基本可商用，R3版本重在MANO管理、SDN協(xié)同、云原生NFV等推遲到年底；ARM架構(gòu)正從移動(dòng)端向DC和網(wǎng)絡(luò)延伸。

雖然NFV在部分領(lǐng)域進(jìn)入商用，但NFV總體商用進(jìn)展不及預(yù)期。

在“2019中國SDN/NFV/AI大會(huì)”上，工信部科技委常務(wù)副主任、SDN/NFV/AI標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)推進(jìn)委員會(huì)主席韋樂平更是直言，“目前我國的NFV的產(chǎn)業(yè)進(jìn)程還是比較慢，三大運(yùn)營商都應(yīng)該非常堅(jiān)定、毫不猶豫地快速把NFV用起來，尤其是利用5G的機(jī)遇把NFV用起來。因?yàn)槟悴挥糜肋h(yuǎn)成熟不了，所有的技術(shù)都是靠應(yīng)用逐漸成熟壯大落地的?！?/p>

在韋樂平看來，三大原因限制了NFV的快發(fā)展。“首先，利益糾葛大，產(chǎn)業(yè)鏈支持弱，NFV進(jìn)展比SDN緩慢；其次，分層解耦、跨廠家集成依然是努力目標(biāo)，但考慮復(fù)雜性和實(shí)效，同廠家的分層解耦仍是早期方案；此外，NFV主要應(yīng)用在vEPC、vIMS和部分vBRAS場景?！?/p>

NFV硬件加速，需關(guān)注“三個(gè)重點(diǎn)”

但伴隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展和邊緣業(yè)務(wù)的興起，越來越多的業(yè)務(wù)產(chǎn)生了部署在邊緣的需求，在智能制造、智慧城市、車聯(lián)網(wǎng)、云游戲、AR/VR等各個(gè)垂直領(lǐng)域，時(shí)延與帶寬成為這些邊緣業(yè)務(wù)的核心關(guān)注點(diǎn)。

為滿足5G uRLLC、eMBB以及網(wǎng)絡(luò)切片場景下邊緣多樣化業(yè)務(wù)的部署需求，在邊緣節(jié)點(diǎn)有限的資源環(huán)境下實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、高可靠、大流量的網(wǎng)絡(luò)功能，硬件加速技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

在中國移動(dòng)研究院網(wǎng)絡(luò)與IT技術(shù)研究所王升看來，“5G網(wǎng)絡(luò)高可靠、低延時(shí)、大流量的特征以及邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)興起對未來網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和轉(zhuǎn)發(fā)能力提出更高要求，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化后網(wǎng)元和VSW采用軟件實(shí)現(xiàn)，通過消耗CPU滿足計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)成本和功耗較高，需要采用硬件加速方案，將原子化的功能單元卸載至硬件加速卡上。”

一方面，在功耗/成本恒定的情況下，CPU核數(shù)已難大幅提升，限制性能提升；另一方面從產(chǎn)品應(yīng)用看，CPU單位成本性能上升緩慢，單bit功耗下降緩慢。通過CPU堆疊來降低單bit成本的模式不可持續(xù)。此外，虛擬化中的軟件加速只能彌補(bǔ)I層帶來的性能下降，無法做業(yè)務(wù)加速，加速效果有限。所以，對于運(yùn)營商來說，硬件加速非常必要。

在硬件加速產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，微軟、亞馬遜、騰訊、阿里云等互聯(lián)網(wǎng)巨頭已經(jīng)走在前列。

在國際方面，微軟Azure硬加速方案采用FPGA進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)加速，涵蓋生物信息學(xué)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 搜索排名等方向，成為業(yè)界標(biāo)桿；亞馬遜AWS在2016年底推出FPGA加速服務(wù)F1，作為增強(qiáng)EC2實(shí)例提供給第三方進(jìn)行租用。

國內(nèi)方面，我國的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)更是不甘人后。騰訊云2017年推出國內(nèi)首款高性能異構(gòu)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施—— FPGA云服務(wù)，利用云服務(wù)的方式將只有大型公司才能長期支付使用的FPGA服務(wù)推廣到了更多企業(yè)；阿里云在智能加速引擎方面，采用 AMD、NIVIDIA GPU加速圖像處理，AI 等行業(yè)應(yīng)用，使用intel，Xilinx FPGA芯片，面向科學(xué)計(jì)算行業(yè)提供了良好的高速及并行性能支撐。

據(jù)了解，目前市場上流行的加速芯片有多種選擇。加速芯片嵌入網(wǎng)卡形成智能網(wǎng)卡是目前加速卡的主流形式。其中FPGA當(dāng)前產(chǎn)業(yè)較為成熟，且可現(xiàn)場編程靈活性高；NP、SoC性價(jià)比較高，但產(chǎn)業(yè)成熟度有待提高；GPU主要優(yōu)勢為圖片復(fù)雜算法處理。

由于不同加速硬件面對的加速場景不同，且加速卡片上資源有限，當(dāng)前業(yè)界尚無一卡多用產(chǎn)品，針對不同業(yè)務(wù)加速需建設(shè)不同加速硬件資源池。

分析當(dāng)前電信網(wǎng)元，網(wǎng)絡(luò)加速需求更為突出，AI等邊緣計(jì)算新業(yè)務(wù)的計(jì)算加速和存儲(chǔ)加速需求更為突出。運(yùn)營商當(dāng)前重點(diǎn)關(guān)注三個(gè)方面：一是OVS加速，為所有網(wǎng)元提供普遍的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)加速能力；二是網(wǎng)元特定功能加速，如GTP；三是MEC中面向AI、圖像處理的GPU加速。

當(dāng)前電信網(wǎng)元加速功能下沉智能網(wǎng)卡尚處于初期，重點(diǎn)關(guān)注轉(zhuǎn)發(fā)面網(wǎng)元GTP功能卸載，具體功能尚不穩(wěn)定?？紤]產(chǎn)業(yè)情況和靈活性， 建議采用FPGA方案，可靈活修改調(diào)整。加速功能穩(wěn)定后建議可逐步固化為NP、ASIC等低功耗低成本不可編程芯片，提高硬件加速性價(jià)比。

NFV如何“燎原”？

據(jù)了解，中國移動(dòng)高度重視NFV網(wǎng)絡(luò)，是NFV產(chǎn)業(yè)的主要參與者和引領(lǐng)者。早在2015年，中國移動(dòng)就成立OPEN NFV實(shí)驗(yàn)室，引入了15個(gè)合作廠商，進(jìn)行三層解耦測試和搭建TIC平臺(tái)。

2015年7月，中國移動(dòng)正式向業(yè)界發(fā)布下一代革新網(wǎng)絡(luò)—NovoNet2020愿景，希望融合各種最新的科技，構(gòu)建可靈活調(diào)整的新一代網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)廣大用戶的數(shù)字化需求，為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展做好基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)工作。

以NFV技術(shù)為代表的未來網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要全新的研究探索模式。中國移動(dòng)采用頂層設(shè)計(jì)先行、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與試驗(yàn)及試點(diǎn)相結(jié)合的方式，迭代推進(jìn)未來網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

在頂層設(shè)計(jì)方面，除目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)外，以vIMS、蜂窩物聯(lián)網(wǎng)、固網(wǎng)寬帶接入、CDN等業(yè)務(wù)作為引入NFV的切入點(diǎn)，逐步擴(kuò)大到全業(yè)務(wù)領(lǐng)域；試點(diǎn)和試驗(yàn)方面，以二層解耦驗(yàn)證NFV技術(shù)成熟性，摸索NFV引入后的運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)，并逐步深入到三層解耦的試驗(yàn)驗(yàn)證；關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方面，在NFV硬件選型、虛擬層技術(shù)要求、MANO架構(gòu)、網(wǎng)管運(yùn)維等方面取得了階段性進(jìn)展。

此外，中國移動(dòng)也進(jìn)一步明確NFV硬件加速方案，通過聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界推進(jìn)NFV硬件加速的成熟與落地，加速5G URLLC和eMBB的商用進(jìn)程。

當(dāng)前，在NFV加速管理編排虛擬機(jī)方面，需要MANO、OpenStack和加速器協(xié)同完成，共同打通管理編排流程。

在加速通用API和解耦方式時(shí)，專家建議，OVS硬件加速卸載方面，建議采用OVS與hypervisor解耦方案，由加速網(wǎng)卡廠商提供OVS功能，虛擬層廠商集成加速網(wǎng)卡OVS。網(wǎng)元硬件加速方面，網(wǎng)元業(yè)務(wù)加速存在白卡和功能卡兩種解耦方案。對可以通過運(yùn)營商標(biāo)準(zhǔn)化的方案采用功能卡，對廠商產(chǎn)品差異較大的采用白卡。后續(xù)可考慮運(yùn)營商定制加速網(wǎng)卡的方案，逐步實(shí)現(xiàn)加速網(wǎng)卡收斂，降低網(wǎng)元開發(fā)和加速網(wǎng)卡標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)雜度 。

在世界移動(dòng)通信大會(huì)MWC上海展上，中國移動(dòng)研究院向業(yè)界演示了全球首個(gè)面向5G的邊緣開放硬件加速平臺(tái)，并發(fā)布了《中國移動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)面網(wǎng)元硬件加速白皮書》。據(jù)了解，中國移動(dòng)研究院聯(lián)合中興，聯(lián)想，是德科技完成了首次演示了該解決方案，在該方案中中興的虛擬化UPF可以調(diào)用聯(lián)想的加速卡，保證了加速硬件的通用性，突破了當(dāng)前虛擬化轉(zhuǎn)發(fā)的性能和時(shí)延瓶頸，實(shí)現(xiàn)虛擬化轉(zhuǎn)發(fā)面的超高吞吐量、超低時(shí)延。

結(jié)語

5G的到來無疑將加速網(wǎng)絡(luò)虛擬化的進(jìn)程，包括對NFV的需求也將更加迫切。在專家看來，目前NFV的應(yīng)用仍有較大的提升空間。除了推動(dòng)NFV在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用落地的落地之外，中國移動(dòng)倡議業(yè)界聯(lián)合對硬件加速技術(shù)，尤其是對轉(zhuǎn)發(fā)面網(wǎng)元的硬件加速技術(shù)的方案、架構(gòu)、演進(jìn)路線等進(jìn)行深入的研究和實(shí)踐，共同推進(jìn)硬件加速技術(shù)的成熟，更好的支持5G邊緣場景的業(yè)務(wù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型。