運營商網絡功能虛擬化（NFV）首先考慮業(yè)務發(fā)展和云化的需求。電信業(yè)務種類豐富，包括核心網、無線接入網、承載網、傳輸網、業(yè)務平臺等多個領域的電信網元都可以采用云化方式部署，各業(yè)務在部署位置和資源需求等方面往往存在較大差異，因此業(yè)務云化的趨勢也是多樣化的。
考慮到電信業(yè)務云化的效益、難度、可靠性要求，以及云化后的穩(wěn)定性，目前各大運營商均優(yōu)先從業(yè)務需求迫切、云化難度較小、易于集中化和規(guī)?；渴稹①Y源需求較為一致和易于資源共享的業(yè)務入手推進業(yè)務云化。這類業(yè)務主要集中在核心網控制面，如IMS、EPC控制面、PCC、短信、智能網、能力開放等領域，此類業(yè)務對云資源池的要求較為一致，適合集中化部署在大規(guī)模的電信云中，通過云化實現(xiàn)業(yè)務的靈活部署和資源最大程度的共享。
但伴隨著5G技術的快速發(fā)展和邊緣業(yè)務的興起，越來越多的業(yè)務產生了部署在邊緣的需求，在智能制造、智慧城市、車聯(lián)網、云游戲、AR/VR等各個垂直領域，時延與帶寬成為這些邊緣業(yè)務的核心關注點。以SAE-GW/UPF為例，邊緣業(yè)務對轉發(fā)面網元的要求為在承載百萬級用戶量的前提下，其端到端轉發(fā)時延要求不超過10ms，帶寬要求在50G以上，核心網UPF帶寬甚至要達到300G。同時，邊緣云節(jié)點在空間和供電、承重等方面存在著很強物理約束，這個特點使得原本核心云端的無限資源模式、大規(guī)模部署成本效應淡化，因此在邊緣云具體部署實現(xiàn)時，必須需要考慮在有限空間、供電資源、承重能力這些前提下，如何滿足業(yè)務的性能需求。
為滿足5G uRLLC、eMBB以及網絡切片場景下邊緣多樣化業(yè)務的部署需求，在邊緣節(jié)點有限的資源環(huán)境下實現(xiàn)低時延、高可靠、大流量的網絡功能，硬件加速技術應運而生。
圖1.轉發(fā)面網元硬件加速架構
2019年6月26日，世界移動通信大會MWC上海展上，中國移動研究院向業(yè)界演示了全球首個面向5G的邊緣開放硬件加速平臺，并發(fā)布了《中國移動轉發(fā)面網元硬件加速白皮書》。
中國移動研究院創(chuàng)新性的提出了邊緣場景硬件加速開放平臺的概念、架構與設計。該加速平臺以UPF為切入點，考慮到邊緣場景下機房在資源、空間、供電等方面的問題，一方面通過智能網卡對UPF媒體轉發(fā)進行硬件加速，將大部分流量從CPU卸載到智能網卡上，獲得更高的轉發(fā)性能，降低CPU占用率，較純虛擬化UPF在同樣吞吐量下占用更少的資源；另一方面通過定義UPF上次軟件與加速硬件之間的邏輯接口，保證UPF網元可以調用異廠商加速卡的加速能力，實現(xiàn)軟硬解耦和加速資源的池化。中國移動研究院聯(lián)合中興，聯(lián)想，是德科技（IXIA）首次演示了該解決方案，在該方案中中興的虛擬化UPF可以調用聯(lián)想的加速卡，保證了加速硬件的通用性，突破了當前虛擬化轉發(fā)的性能和時延瓶頸，實現(xiàn)虛擬化轉發(fā)面的超高吞吐量、超低時延。
圖1 中國移動邊緣開放硬件加速平臺
圖2 中國移動邊緣開放硬件加速平臺演示方案
《中國移動轉發(fā)面網元硬件加速白皮書》以邊緣計算發(fā)展理念為基礎，以網絡轉型需求和業(yè)務發(fā)展趨勢為指引，向業(yè)界系統(tǒng)闡釋中國移動硬件加速、尤其是轉發(fā)面網元硬件加速的架構和技術方案建議。針對轉發(fā)面網元硬件加速的研究，是中國移動邊緣云虛擬化SAE-GW/UPF下沉的必要條件，是能否滿足邊緣應用網絡需求的關鍵技術。該白皮書的核心訴求是聯(lián)合產業(yè)共同推進虛擬化UPF網元通用加速硬件的成熟，并呼吁業(yè)界一起對轉發(fā)面網元硬件加速技術展開更深入的研究，早日推動技術方案的成熟與落地，加速5G URLLC和eMBB的商用進程。
中國移動倡議業(yè)界聯(lián)合對硬件加速技術，尤其是對轉發(fā)面網元的硬件加速技術的方案、架構、演進路線等進行深入的研究和實踐，共同推進硬件加速技術的成熟，更好的支持邊緣場景的業(yè)務發(fā)展和網絡轉型。
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