關于如何在網(wǎng)絡虛擬化中保持低能耗

隨著服務供應商從傳統(tǒng)的先進電信計算平臺 (ATCA) 和專有物理尺寸及規(guī)格轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡功能虛擬化 (NFV) 架構(gòu)，對于功耗的重視仍舊處于主導地位。雖然使用普通處理器類型環(huán)境具有特定的便利性優(yōu)勢，仍然有方法將功耗保持在最高技術水平。根據(jù)這篇文章中給出的分析，通過部署HP Proliant m800微卡，在滿足NFV架構(gòu)要求的同時，有可能減少電信中心局的功耗。這款微卡服務器是通用語音處理的理想選擇，特別是對于語音轉(zhuǎn)碼應用更是如此。

關鍵因素—語音編碼

為了符合終端用戶應用編碼標準，語音轉(zhuǎn)碼在目前的網(wǎng)絡中很常見。如今的網(wǎng)絡采用了很多的語音編碼標準。這些編碼算法在稱為“編解碼器”的軟件中執(zhí)行。歷史上來看，不同的蜂窩網(wǎng)絡供應商根據(jù)他們所采用的技術會使用不同的編碼標準。在北美洲，CDMA網(wǎng)絡中使用的是EVRC，而諸如AMR編解碼器被用在WCDMA或3GPP網(wǎng)絡中。固定網(wǎng)絡也已經(jīng)開發(fā)出了屬于自已的編碼標準，而OTT供應商也已經(jīng)推出了全新的編解碼器標準。更新一代的編解碼器提供高清 (HD) 語音功能，并且可升級至覆蓋整個語音保真要求的范圍。每個編解碼器標準系列有其自身的遷移路徑。雖然某些編解碼器能夠?qū)崿F(xiàn)特定數(shù)量的網(wǎng)絡互連，而其它編解碼器需要復雜轉(zhuǎn)碼過程來實現(xiàn)兩個終端用戶間的通信。

如今，主要有兩種轉(zhuǎn)碼解決方案供操作人員選擇。第一種解決方案是使用基于數(shù)字信號處理器 (DSP) 的ATCA規(guī)范標準或?qū)Ｓ幸?guī)格。這個方法的優(yōu)點在于，它提供了一種可以滿足高密度要求的可升級、低功率解決方案。然而，它不適于所需的NFV環(huán)境。這種情況下，一種可能的解決方案就是使轉(zhuǎn)碼功能獨立于主要應用（SBC、PBX、VoLTE等）之外，并且認可這項功能在NFV環(huán)境之外執(zhí)行。

在載波網(wǎng)絡中進行轉(zhuǎn)碼的第二種常見解決方案是SoftDSP解決方案。這個解決方案具有完全位于NFV環(huán)境內(nèi)的優(yōu)點；然而，它的成本很高，而我也會在后面文章中討論其功率損耗。此外，較高的轉(zhuǎn)碼需求縮放也是一個主要問題。

雖然某些編解碼器能夠?qū)崿F(xiàn)特定數(shù)量的網(wǎng)絡互連，而其它編解碼器需要復雜轉(zhuǎn)碼過程來實現(xiàn)兩個終端用戶間的通信。

HP MoonShot簡介

Proliant m800微卡服務器引入了一款全新的替代方法，并且在兩方面均達到最佳功能。不難預見，m800微卡將融入未來的NFV標準中。這將提供載波所要求的靈活性和部署簡便性。此外，作為m800微卡的計算引擎，TI KeyStoneTM II片上系統(tǒng) (SoC) 提供低功率、低成本、高密度轉(zhuǎn)碼解決方案所需的DSP處理能力。

系統(tǒng)架構(gòu)師根據(jù)功率與密度來設計他們的產(chǎn)品，因此，一個主要的考慮因素是基本語音轉(zhuǎn)碼標準測試，以確定一個指定的解決方案能否支持一定數(shù)量的VoIP轉(zhuǎn)碼通道（對話）。這個計量單位通常為兆赫 (MHz)。例如，如果一個指定的編解碼器需要10MHz進行編碼，并且處理器的運行頻率為1GHz，那么，100個編解碼器請求將使處理器性能最大化。在一款保守設計中，請求的數(shù)量被限制在80，或者限制某些系統(tǒng)級性能。

標準測試不言自明

為了將m800與基于最新、高性能的SoftDSP技術相比較，CouthIT和HP公司已經(jīng)完成了語音轉(zhuǎn)碼標準測試。這些標準測試在HP MoonShot微卡內(nèi)執(zhí)行，從而提供真正的同類比較。m800微卡內(nèi)組裝有德州儀器 (TI) 制造的4個KeyStone II 66AK2Hx SoC。Proliant m710微卡基于1.8GHz的Intel Xeon E3-1284L v3 CPU，并用于此次的標準測試。在總結(jié)這些標準測試時，我們將考慮一種涉及EVRC-B和GSM-AMR的可能轉(zhuǎn)碼情況，并比較SoftDSP與TI c66x DSP解決方案的性能。下面圖1中顯示的是，在一個載波轉(zhuǎn)碼網(wǎng)關中，有可能實現(xiàn)這個連接的最少載波要求。實際上，其中將會用到多個網(wǎng)關，而這也進一步突出了功率敏感解決方案的重要性。此外，有可能有需要更高MHz值的其它編解碼器轉(zhuǎn)碼對。

圖1：VoIP媒體網(wǎng)關理念

為了進行恰當?shù)谋容^，我們需要了解兩個編解碼器的內(nèi)核所需要的MHz值。圖2中給出了SoftDSP和C66x處理器的EVRC-B和GSM-AMR所需要的這些數(shù)值。

圖2：MHz要求

方程式中的下一塊內(nèi)容是內(nèi)核的數(shù)量，以及將進行比較的器件可用的MHz值。轉(zhuǎn)碼應用非常適用于多核環(huán)境。在對于編碼和解碼有同樣要求時，不需要在多個內(nèi)核（或線程）之間劃分任務。需要注意的重要一點是均衡負載，這樣的話，任一特定內(nèi)核都不會出現(xiàn)過載的情況。這就需要考慮一個VoIP轉(zhuǎn)碼框架，而這也超出了本文的范圍。圖3提供了針對增強模式的高性能SoftDSP環(huán)境中，以及包含8個C66x DSP內(nèi)核，連同4個ARM Cortex-A15內(nèi)核的TI SoC的基本單器件處理能力。

圖3：器件級性能

下一個比較基本為電路板級或微卡級上的比較。圖4顯示的是標準COTS規(guī)格中的微卡級比較。

圖4：COTS外形尺寸

下面的表1給出了每個解決方案轉(zhuǎn)碼密度的微卡級比較。這個表格顯示了基于m800 DSP的微卡的巨大優(yōu)勢。

表1：COTS級密度比較

我們可以將這個分析更進一步，假定HP MoonShot機箱已用SoftDSP技術達到了最大處理能力。在這個情況下，可以支持19208個對話。只需10個m800微卡即可實現(xiàn)同樣的轉(zhuǎn)碼要求。如果一個Moonshot機箱上插滿了45個m800微卡，那么可以支持90372個對話。這將需要5個支持SoftDSP技術的Moonshot機箱來支持同樣數(shù)量的對話。

節(jié)電

前面的分析也對電信中央局功耗產(chǎn)生了重大的影響。兩個微卡的大約功率均為70W，所以，采用SoftDSP解決方案的滿Moonshot機箱功率大約為3.15KW，而等效的m800解決方案的功率值大約為700W。未來，我們的標準測試工作將有可能把注意力放在解決方案的總體成本方面。

目前的語音轉(zhuǎn)碼解決方案中所需要的轉(zhuǎn)碼功能要遠遠簡單于本文中所測試的轉(zhuǎn)碼功能。很多其它特性包含于每條“通道”中。例如，音調(diào)檢測、音調(diào)生成、舒適白噪聲插入、傳真，以及很多其它特性。每一種功能都要消耗一定數(shù)量的MHz。此外，還需要算法來均衡現(xiàn)有資源上的負載，并實現(xiàn)總體應用的升級。使用m800解決方案的另外一個優(yōu)勢就是每個器件內(nèi)有4個ARM Cortex-A15內(nèi)核。這樣，每個m800微卡內(nèi)預留了16GHz（每個機箱預留720GHz），而這并未計入本次標準測試比較中。文中討論的很多VoIP特性可在這些內(nèi)核中執(zhí)行，從而創(chuàng)建出滿載波級解決方案。為了符合真實網(wǎng)絡中的應用要求，SoftDSP解決方案需要增加額外的微卡（機箱）。

DSP的價值

目前市面上的很多VoIP轉(zhuǎn)碼軟件解決方案是基于TI DSP的。elnfochip目前以m800微卡所采用的設計理念運行，而這一理念可被載波或網(wǎng)絡設備供應商用來進行轉(zhuǎn)碼解決方案原型設計。此外，還有很多的TI軟件合作伙伴，以及網(wǎng)絡設備供應商用C66x DSP內(nèi)核來執(zhí)行軟件。對于那些希望開發(fā)屬于自己的解決方案的用戶，ENEA為電信專用程序提供了一個豐富的開發(fā)環(huán)境。最后，TI網(wǎng)站上也提供了大量的資源。在網(wǎng)站上可免費下載多核軟件開發(fā)套件 (MCSDK)、語音庫組件、以及很多語音編解碼器。

在相當長的時間里，由于本文中所討論的原因， DSP技術被用來滿足載波轉(zhuǎn)碼的需求。近些年，為了充分利用NFV的許多優(yōu)勢，用戶已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向SoftDSP技術。隨著針對HP Moonshot的m800微卡的推出，DSP技術將繼續(xù)降低載波的功耗與成本。