5G toB,核心网如何演进?

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大家都知道,根据3GPP标准组织定义,5G网络的大脑——核心网发生了空前变化。
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首先,5G核心网原生支持控制面和用户面彻底分离,使得用户面UPF可灵活下沉,与边缘计算(MEC)一起分布式部署于更靠近用户和数据源的位置,从而可降低网络时延,提升业务体验,并推动行业应用创新。
 
其次,5G核心网基于云原生架构设计,采用了基于服务的架构(SBA),借鉴了IT领域的微服务概念,从而可充分利用云平台设施弹性敏捷地部署网络和业务,从容应对各行各业的多样化、差异化业务需求。
 
正是基于以上技术标准,5G才能发挥其最大价值——帮助运营商将业务范围从2C拓展到2B,这不仅能为运营商带来新的收入来源,更重要的是还将赋能全行业数字化变革。
 
那接下来,5G要走进各行各业,在实际部署过程中核心网面临哪些挑战,将如何演进?
 
2020年10月12日-16日,英特尔在线上举办了“5G云网融合线上论坛”,在“云原生加速5G核心网演进”分会上,多位行业专家介绍了5G垂直行业方案中核心网的作用和挑战,以及人工智能和云原生技术对 5G网络的技术推动及实现。
 
UPF是关键节点
 
UPF作为5G核心网的重要网络功能,担负着数据流量的处理、路由等核心功能。5G UPF与控制面彻底分离后,可下沉部署于更接近数据源的边缘DC、区域DC、园区、工厂等位置,从而可使能5G网络切片,催生大量低时延、高可靠诉求的行业应用。显然,UPF在5G向垂直行业扩展中扮演着至关重要的角色,它是5G和垂直行业的连接点,也是5G驱动行业的发力点。
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面向公网服务,UPF部署于网络核心侧,负责全网业务,承载百万级以上的用户数,要求容量大、功能全、性能高。但面向垂直行业,UPF分布式部署并承载不同行业的专网业务,要求具备轻量化、低成本、灵活部署等特性。
 
然而,由于UPF与控制面(SMF)的接口(N4)是非标准化的,造成UPF与SMF同厂商的绑定,无法满足边缘用户侧UPF轻量化、低成本和灵活的部署需求。
 
为了降低5G走进千行百业的门槛,推动丰富的行业应用创新,中国移动于2020年1月3日携手25家产业合作伙伴启动了“OpenUPF—面向行业的5G UPF及N4接口开放合作伙伴计划”, 从开放接口、开放设备、开放服务和开放智能四个方面定义可靠、可管、可信、简洁、灵活、开放的UPF。
 
在本次会上,中国移动研究院网络与IT技术研究所技术经理魏彬表示,截止目前已经有44家合作伙伴加入了该计划,包括华为、中兴、爱立信等传统设备商,腾讯、阿里等互联网巨头,浪潮、新华三、联想等IT厂商,英特尔、博通等芯片巨头,思博伦、是德科技等仪表厂商,涵盖了整个端到端产业链。
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项目组按照既定目标还取得了丰硕的成果,已发布《面向垂直行业的N4解耦UPF设备规范》、《面向垂直行业的N4接口规范》和《5G OpenUPF白皮书》,正稳步推进标准化和产业协同,积极开展N4解耦实验室测试。
 
在CPU加速方面,第二代英特尔®至强®可扩展处理器支持英特尔SST-CP(Speed Select-Core Power)功能,可灵活配置和调整CPU核的优先级,让高优先级的CPU核运行在更高频率上。通过SST-CP功能,可将UPF转发线程的CPU核设置为高优先级,并运行在高频率上,从而可提升UPF数据处理效率。
 
在通用网卡加速方面,英特尔以太网网络适配器支持DDP功能,通过对DDP功能进行二次深度开发和优化,在网络适配器XXU710 SRIOV VF上实现了GTP报文识别分流,有效节省了分发核,提高了系统性能。
 
增强云原生,构建高性能的5G网络
 
网络云化演进之路经历了传统物理网元,网络功能虚拟化(NFV),云化部署,云原生四个阶段。
 
传统物理网元软硬件垂直一体化,是紧耦合的黑盒式设计,业务开发周期长,扩展性受限,升级改造受制于单一设备制造商,且资源不能共享,业务难融合。第二阶段的网络功能虚拟化从传统物理网元中解耦出了网络功能软件,使之能运行于通用的硬件平台之上。但解耦后的网络功能软件依然是“大块头“的单体式架构,无法充分利用云环境的灵活性。为此,业界提出了基于云原生的设计原则,将网络功能软件进一步分解为细粒度的功能模块,并通过开放API接口来实现集成,从而可提升应用开发的整体敏捷性和弹性。
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简而言之,云原生,即Cloud Native,这是一个组合词,Cloud表示应用程序位于云中,而不是传统的数据中心;Native表示应用程序从设计之初起就考虑到了云环境,原生为云而设计,支持在云上最佳运行,并充分利用和发挥云平台的弹性和分布式优势。
 
针对云原生在电信领域的痛点,英特尔网络平台事业部马建伟介绍到,英特尔一直致力于推动和促进基于云原生设计的应用在生产环境的落地,一方面充分发挥至强可扩展处理器、高性能的网络控制器、QAT加速卡、FPGA、傲腾持久内存等各种硬件特性,一方面在自动化部署、应用可移植增强、报文处理加速、资源管理、平台安全等领域贡献了针对性的补丁和功能性实现,以增强Cloud Native特性。
 
具体的讲,英特尔主要在网络、报文处理、资源管理、遥测技术、自动化部署五个场景对Cloud Native进行了增强。比如,原生容器只支持一个网络接口,而对于电信业偏网络的容器必须支持多网络接口,以分别支持控制通道、管理通道和数据通道,为此,英特尔插件支持多网口;为了满足不同场景的网络速率需求,有支持面向东西向数据通道的USERSPACE网络容器接口,也有支持面向南北向的SR-IOV接口。
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网络智能化是必然趋势
 
基于云原生设计的5G核心网解耦了传统网元的软硬件,并将解耦后的软件功能进一步微服务化,实现了从驻留于云到充分利用云的跨越,让5G核心网更加弹性、高效和灵活,从而可使能5G网络切片从一张网络基础设施上按需 “切”出多个相互隔离的、SLA可保障的虚拟专网,为各行各业的多样化业务需求提供定制化、差异化服务,帮助运营商实现5G toB商业成功。
 
这对于运营商乃至整个电信业而言,网络架构与商业模式都将发生空前改变,随之对网络运营、运维模式也提出了全新的挑战和要求,包括:1)组网复杂:2/3/4/5G/Wi-Fi/固网多网络共存,网元解耦和微服务化带来网络功能模块数量激增,分布式边缘DC内IT与CT设备共存,跨DC之间需统一协同的业务管理和资源调配等;2)数据量庞大:5G万物智联时代将收集、传输、处理和应用海量数据,且数据种类复杂;3)业务、场景多样:不同业务、不同场景对网络带宽、时延等能力要求不同,且对于特定行业应用要求始终如一的SLA保障;4)网络和业务更灵活:网络运营需敏捷支撑新业务快速上线。
针对这些挑战,传统人工运维方式已不能满足5G时代的新要求,网络迈向智能化、自动化是必然趋势。
 
为此,亚信科技网络域产品研发与交付中心产品规划专家王迎介绍,基于全域虚拟化、全域智能化、全域可感知的设计理念,亚信科技推出了5G网络智能化产品(AISWare 5G Network Intelligence)系列,以帮助运营商应对网络云化和软件化趋势下的业务快速上线、网络规划优化、网络稳定运行、客户感知和体验管理等挑战。该产品充分发挥亚信科技成熟的人工智能和机器学习平台和BSS/OSS协同能力,助力运营商大幅提高运维/ 运营工作效率,降低运营/运维支出,提升客户满意度。
 
在网络智能化领域,亚信科技与英特尔展开了全面合作,已推进多个典型应用场景落地。在用户精准定位场景,双方基于Analytics Zoo平台实现分布式算法,显著提升了海量数据下的定位精度。在满意度评估场景,通过Analytics Zoo平台简化数据分析架构,采用英特尔优化的Phyton和算法提速模型预测,以及利用傲腾SSD提速大数据读写,最终实现了端到端效率的显著提升。在网络节能场景,基于英特尔ZOUWU项目的时序分析及AutoML工具,提升了基站效能预估精度,在不影响业务感知的前提下显著提升了基站效能评估精准度。
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总之,通过本次会议我们看到:行业应用,是5G的重头戏;而5G toB,核心网是重中之重。面向未来,OpenUPF,UPF加速,增强云原生,以及网络智能化,是实现高效的5G核心网使能千行百业数字化的关键。
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