軟硬兼施，看英特爾如何賦能5G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型

11月19日，中國移動2020全球合作伙伴大會在廣州開幕。作為中國移動重要的戰(zhàn)略合作伙伴，英特爾在大會上充分展示了其在深化云網(wǎng)融合，推動網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型方面所取得的成果，以及多款軟硬件明星產(chǎn)品。

其中最吸引小棗君關(guān)注的，就是圍繞網(wǎng)絡(luò)開放轉(zhuǎn)型的5G小基站和邊緣計算應(yīng)用解決方案。

▉ 開放無線接入網(wǎng)的源動力

無線接入網(wǎng)（RAN），是移動通信網(wǎng)絡(luò)中最靠近用戶的部分，也是運營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資重點。

眾所周知，我們現(xiàn)在正在邁入5G時代。5G給我們帶來了超高速率、超低時延、海量連接的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)體驗，但也給無線接入網(wǎng)的能力提出了更高的要求。

除了C端用戶之外，來自垂直行業(yè)的復(fù)雜業(yè)務(wù)場景，以及差異化的性能需求，同樣意味著挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對挑戰(zhàn)，5G無線接入網(wǎng)正在加速進(jìn)行部署方式的演進(jìn)，以及自身架構(gòu)的革新。

而基于虛擬化技術(shù)的開放無線接入網(wǎng)，就是5G無線接入網(wǎng)轉(zhuǎn)型的一個重要方向。

虛擬化技術(shù)，源自于IT行業(yè)，早期應(yīng)用于云計算，獲得了巨大的成功。后來，核心網(wǎng)產(chǎn)品引入了該技術(shù)，使其進(jìn)入傳統(tǒng)通信領(lǐng)域，同樣獲得了成功。

虛擬化技術(shù)在核心網(wǎng)的成功應(yīng)用，增加了行業(yè)將其繼續(xù)應(yīng)用于接入網(wǎng)和承載網(wǎng)的信心。越來越多的運營商、設(shè)備商加入O-RAN這樣的開放無線接入網(wǎng)聯(lián)盟，推動采用開放式的架構(gòu)設(shè)計，全面實現(xiàn)RAN的網(wǎng)絡(luò)智能化、接口開放化、硬件白盒化和軟件開源化。

然而，開放無線接入網(wǎng)產(chǎn)品的研發(fā)，究竟該如何入手呢？如果企業(yè)自研軟硬件平臺，意味著極高的技術(shù)門檻，以及巨大的成本投入，足以讓很多企業(yè)望而卻步。于是，采用成熟的開放平臺，就成為了優(yōu)先選項。

▉ 基于FlexRAN的5G小基站

在本次中移合作伙伴大會上，國內(nèi)知名廠家京信通信（Comba）公司展示了基于英特爾?FlexRAN技術(shù)的5G小基站產(chǎn)品，吸引了在場觀眾的廣泛關(guān)注。

該5G小基站是一種微功率的室內(nèi)分布覆蓋方案，符合OTII標(biāo)準(zhǔn)，支持軟硬件解耦，支持虛擬化、容器化。

它采用了三級架構(gòu)，包括了主機(jī)單元、擴(kuò)展單元以及遠(yuǎn)端單元，均使用英特爾的技術(shù)。

京信5G小基站

主機(jī)單元負(fù)責(zé)5G無線接入網(wǎng)空口部分物理層及上層協(xié)議棧處理、操作維護(hù)處理，實現(xiàn)與終端的空口通信及與核心網(wǎng)的連接。它基于英特爾?至強(qiáng)? D處理器和英特爾? Stratix 10 FPGA，可進(jìn)行四個載波的基帶處理，每個載波的帶寬為100MHz。它還使用了英特爾?Cyclone 10 FPGA，實現(xiàn)DFE功能。

擴(kuò)展單元負(fù)責(zé)下行分發(fā)和上行匯聚與遠(yuǎn)端單元的通信數(shù)據(jù)，實現(xiàn)5G室內(nèi)小基站的分布式擴(kuò)展，并通過光電混合纜給遠(yuǎn)端單元遠(yuǎn)程供電。它使用了英特爾? Arria 10 FPGA，執(zhí)行前傳處理。

遠(yuǎn)端單元具備射頻收發(fā)功能，通過低功率信號發(fā)射實現(xiàn)室內(nèi)5G信號的分布式覆蓋。

運營商可以在5G小基站上部署移動邊緣計算（MEC）服務(wù)器，集成邊緣計算應(yīng)用。通過開放的接口，小基站的遠(yuǎn)端單元可以接入物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的設(shè)備，例如UWB定位基站或藍(lán)牙信標(biāo)等，實現(xiàn)無線接入場景下的業(yè)務(wù)多樣化創(chuàng)新。

目前，該款5G小基站已經(jīng)在國內(nèi)20多個省份30多個城市進(jìn)行了運營商商用項目落地。除了運營商市場外，該款基站還因其靈活的開放接口設(shè)計而被廣泛應(yīng)用于垂直行業(yè)，例如廣東省首個5G+工業(yè)應(yīng)用以及山東省的智能采礦項目。

京信5G小基站，是英特爾? FlexRAN架構(gòu)的一個典型用戶案例。除了京信之外，包括佰才邦、新華三、賽特斯、銳捷等多家企業(yè)，都推出了基于FlexRAN架構(gòu)的小基站產(chǎn)品。

FlexRAN，是英特爾?面向5G網(wǎng)絡(luò)推出的新一代技術(shù)平臺。它的推出目的，就是幫助加快開發(fā)速度，讓用戶可以迅速構(gòu)建全面虛擬化的無線接入網(wǎng)。

FlexRAN的架構(gòu)

FlexRAN的架構(gòu)如上圖所示。

由于嚴(yán)格的 TTI 時序限制，成功部署 RAN L1 是虛擬化的主要障礙之一。FlexRAN 則利用操作系統(tǒng)的實時功能來實現(xiàn)這一目標(biāo)。

FlexRAN SDK涵蓋了BBU 池框架和網(wǎng)絡(luò)切片框架，它們充當(dāng)了LTE、5GNR Sub6和 mmWave 參考PHY管道的構(gòu)建模塊。

此外，F(xiàn)lexRAN 還支持 L2/L3 參考 PHY 實施，利用英特爾?架構(gòu)、英特爾?高級矢量擴(kuò)展512 技術(shù)（英特爾?AVX-512技術(shù)）并行指令集以及與NFV和DPDK技術(shù)的緊密集成等優(yōu)勢，幫助客戶優(yōu)化PHY解決方案，從而提升模塊性能和提高每個內(nèi)核的效率。

在英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器以及英特爾? FPGA 或英特爾? eASIC? 加速技術(shù)的支持下，F(xiàn)lexRAN可以高效地實現(xiàn)無線接入工作負(fù)載，幫助運營商優(yōu)化5G領(lǐng)域必要的數(shù)據(jù)處理。

FlexRAN還加入了Hypervisor、數(shù)據(jù)平面開發(fā)套件（DPDK）等技術(shù)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。

除了vRAN之外，它還可以滿足MEC等多業(yè)務(wù)場景，對網(wǎng)絡(luò)切片也有良好支持，能夠在通用x86服務(wù)器平臺中實現(xiàn)傳統(tǒng)無線接入網(wǎng)BBU的性能，提供高吞吐、低時延的5G無線連接。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐漸深入，室內(nèi)5G信號深度覆蓋將成為運營商的工作重點。這也就意味著，5G小基站的需求將變得越來越強(qiáng)烈。

如果新的5G小基站仍繼續(xù)采用傳統(tǒng)電信架構(gòu)設(shè)計，其緊耦合的軟硬件，封閉的產(chǎn)品生態(tài)，將給設(shè)備的調(diào)試部署、升級優(yōu)化、互聯(lián)互通帶來麻煩。

和傳統(tǒng)電信架構(gòu)相比，新型開放式無線接入網(wǎng)架構(gòu)無論在傳輸速率、覆蓋能力、部署效率及成本控制方面，都有明顯的優(yōu)勢，可以有效地幫助運營商降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度，控制建設(shè)成本，同時賦能業(yè)務(wù)創(chuàng)新，提升其流量經(jīng)營的能力。

借助FlexRAN，傳統(tǒng)室分將會全面升級為數(shù)字化、IT化和智能化的新型開放化室分。

▉ 基于5G邊緣云的UPF方案

基于5G邊緣云平臺進(jìn)行部署的另一個典型網(wǎng)元就是UPF。

UPF是5GC（5G核心網(wǎng)）用戶面的重要網(wǎng)元。5G網(wǎng)絡(luò)龐大的數(shù)據(jù)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的轉(zhuǎn)發(fā)效率，很大程度上影響了整個5G核心網(wǎng)的性能，甚至整個5G網(wǎng)絡(luò)的性能。

為了提升UPF的轉(zhuǎn)發(fā)效率，5G網(wǎng)絡(luò)會將UPF進(jìn)行下沉，部署在網(wǎng)絡(luò)的邊緣，而非云端。

UPF邊緣云部署

這樣的部署方式，既大幅降低了成本，也獲得了云邊協(xié)同的能力。

同時，基于英特爾最新一代的E810網(wǎng)卡的DDP技術(shù)，通過軟件的方式，來增強(qiáng)對特定協(xié)議的識別，從而能夠提升UPF的吞吐能力，并且降低處理的延遲。

DDP技術(shù)，全名叫做Dynamic Device Personalization（動態(tài)設(shè)備個性化）。這是一個讓網(wǎng)卡更加“聰明”的技術(shù)。

采用這項技術(shù)，可以將一些數(shù)據(jù)報文處理和協(xié)議識別的工作，從CPU轉(zhuǎn)移到E810網(wǎng)卡上，進(jìn)行預(yù)處理。 這樣可以大幅提升系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理性能。

網(wǎng)卡直接進(jìn)行分發(fā)處理之后，減少了上層處理的環(huán)節(jié)，所以對時延也有明顯的改善。這非常有利于車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人等時延敏感型場景的應(yīng)用落地。

目前，國內(nèi)主流設(shè)備商中興通訊就采用了英特爾的DDP技術(shù)，以提高自家UPF網(wǎng)元的轉(zhuǎn)發(fā)效率和性能。

▉ OpenNESS + CERA，邊緣能力的有力支撐

前面我們介紹了5G無線接入網(wǎng)和5G核心網(wǎng)的邊緣云部署案例。其實，它們的背后，都是基于英特爾? OpenNESS（開放網(wǎng)絡(luò)邊緣服務(wù)軟件）的融合邊緣平臺——CERA，在提供有力的支撐。

OpenNESS是一個基于K8S容器技術(shù)的基礎(chǔ)開放平臺，主要用于虛擬化的管理。它是FlexRAN、5G核心網(wǎng)和各種應(yīng)用的載體。

CERA平臺硬件上以英特爾? 至強(qiáng)? 系列處理器為主，以O(shè)penNESS作為虛擬化管理平臺，可以實現(xiàn)單節(jié)點共平臺部署5G功能和邊緣計算應(yīng)用，具有低成本快速部署的特點，可以充分賦能5G邊緣計算平臺的開發(fā)和部署。

通過在OpenNESS上預(yù)集成一些5G的功能模塊，例如5G基帶，就可以實現(xiàn)前面我們所說的FlexRAN的架構(gòu)。

簡單來說，基于OpenNESS的CERA，統(tǒng)一管理和調(diào)用著處理器、FPGA、網(wǎng)卡等底層物理資源。它可以創(chuàng)建容器，運行4G/5G虛擬網(wǎng)元（VNF/CNF），實現(xiàn)相應(yīng)的功能。它同樣可以創(chuàng)建支持AI功能、SD-WAN功能的相關(guān)應(yīng)用。

下圖就是聯(lián)想公司與英特爾合作，基于CERA架構(gòu)搭建的開放融合云網(wǎng)絡(luò)平臺。

該平臺實現(xiàn)了輕量級5G核心網(wǎng)、基站BBU、邊緣計算應(yīng)用共同部署在統(tǒng)一的云原生平臺之上，極大提升了5G邊緣行業(yè)應(yīng)用部署的便捷性和靈活性。

借助這個平臺，可以實現(xiàn)內(nèi)部智慧辦公、智慧管理、智慧安防等應(yīng)用，既提升了園區(qū)管理效率，又降低了運營成本。

▉ 結(jié)語

云網(wǎng)融合，是5G乃至整個移動通信網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的主流趨勢。在此次中移合作伙伴大會上，英特爾著重展示了這方面的技術(shù)成果。

作為O-RAN聯(lián)盟的成員，英特爾和中國移動等行業(yè)伙伴密切合作，致力于實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)智能和開放的核心原則，推動5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的部署。

英特爾的FlexRAN、CERA參考架構(gòu)、OpenNESS基礎(chǔ)開放套件，以及針對5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的全套硬件產(chǎn)品（包括英特爾?至強(qiáng)處理器、英特爾? 800 系列網(wǎng)卡、 英特爾?eASIC、英特爾?FPGA可編程加速卡等），是多年以來在網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型方向上進(jìn)行持續(xù)投入的回報，充分顯示了英特爾的技術(shù)實力和領(lǐng)先地位。

在英特爾看來，5G是一個真正融合計算和通信的時代，云網(wǎng)融合的步伐將不斷加快。

面向這樣的歷史機(jī)遇，英特爾正憑借自身優(yōu)勢，與行業(yè)合作伙伴展開全方位的合作，引領(lǐng)全球5G變革。

—— 全文完?——