新一代接入網(wǎng)開發(fā)平臺和vAccess

　　無線產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)是在2020年啟動新一代“5G”網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署。該網(wǎng)絡(luò)的宏偉目標(biāo)是滿足高于LTE/LTE-A標(biāo)準(zhǔn)的日益增加的性能要求（延遲、吞吐量），同時降低網(wǎng)絡(luò)成本（資本支出/運(yùn)營支出），并提高網(wǎng)絡(luò)敏捷性，以快速交付新服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)靈活性對于支持網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商開發(fā)現(xiàn)有語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之外的新商業(yè)模式至關(guān)重要。新一代無線網(wǎng)絡(luò)（例如LTE-A和5G）的一個特點(diǎn)將是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署模式，傳統(tǒng)的宏蜂窩基站模式上將添加小型蜂窩（家庭基站、微微基站、微基站）部署，另一個特點(diǎn)是可同時支持成百上千個扇區(qū)的大型集中系統(tǒng)。與此同時，我們預(yù)計多種接入技術(shù)（即WiFi和LTE）將共存，并以協(xié)調(diào)一致的方式工作。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商面臨的一個挑戰(zhàn)是支持這些廣泛的系統(tǒng)，并盡量減少軟件和硬件架構(gòu)變更。

　　SDN和NFV概念提供了定義嚴(yán)格的可擴(kuò)展的軟件平臺，能夠幫助應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。該平臺可用作接入網(wǎng)開發(fā)的基準(zhǔn)。SDN和NFV有望優(yōu)化容量，充分利用了這兩個概念的云計算技術(shù)已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。然而，為了實(shí)現(xiàn)所需的系統(tǒng)延遲和吞吐量性能，仍然有許多挑戰(zhàn)需要解決。

　　vBTS，接入平臺愿景

　　網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）概念是指提供一個標(biāo)準(zhǔn)化軟件開發(fā)平臺，可在該平臺上執(zhí)行和管理不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。這樣能夠?qū)④浖?chuàng)新周期與運(yùn)行軟件的計算平臺分離開。將該平臺標(biāo)準(zhǔn)化為通用處理器（GPP）和標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備變成了軟件應(yīng)用，任何人都能夠進(jìn)行開發(fā)，不再限定到特定的硬件平臺。虛擬化是支持此概念的關(guān)鍵模塊之一，它支持保護(hù)、資源分區(qū)和故障隔離，特別是允許在多廠商環(huán)境下獨(dú)立開發(fā)和執(zhí)行不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無需彼此感知。

　　把NFV概念應(yīng)用到無線接入網(wǎng)（RAN）與將其應(yīng)用到無數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所帶來的好處類似：

　　? 前所未有的敏捷性可降低服務(wù)成本，并提高服務(wù)速度。ETSI NFV MANO和Openstack計劃可在標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)調(diào)、自動指配和VNF/VM/vBTS生命周期管理方面發(fā)揮重要作用。

　　? 通過虛擬化將硬件和軟件進(jìn)行抽象和分離，可提高服務(wù)創(chuàng)新水平。ETSI INF和SWA計劃（包括與ONF和ODL/ONOS SDN計劃結(jié)合實(shí)施）旨在通過服務(wù)嵌入和鏈接實(shí)現(xiàn)服務(wù)的快速提升。

　　? 借助虛擬化容器（即VNF/vBTS）提高服務(wù)品質(zhì)和可靠性。ETSI NFV REL、SEC和OPNFV 計劃關(guān)注虛擬化可以帶來哪些好處，為應(yīng)用開發(fā)人員提供定義嚴(yán)格的沙盒，防止破壞和/或?qū)ζ渌浖?shí)例構(gòu)成威脅，從而限制了應(yīng)用崩潰/重啟/不法行為對執(zhí)行應(yīng)用的虛擬機(jī)范圍的影響。這種限制與虛擬租戶的增長日益關(guān)聯(lián)，SoC的內(nèi)核、節(jié)點(diǎn)中的虛擬機(jī)、更大的管道等都會促使虛擬租戶的增長。

　　? 可擴(kuò)展性和敏捷性。將硬件與軟件分離，實(shí)現(xiàn)硬件獨(dú)立性，不僅可以支持?jǐn)U展，還能夠快速適應(yīng)新平臺。

　　舉例來說，開放網(wǎng)絡(luò)基金會 （ONF）所定義的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）是將控制平面（CP）和數(shù)據(jù)平面（DP）的運(yùn)行分離開。從軟件/API的角度將這些組件分離，這樣它們可以運(yùn)行在不同的硬件中，無論在物理上共址還是分離，也無論是非虛擬化還是虛擬化，如果是虛擬化的情況，則還可以運(yùn)用NFV概念。它支持網(wǎng)絡(luò)的全系統(tǒng)視圖/控制，還為多廠商環(huán)境提供標(biāo)準(zhǔn)化的控制機(jī)制，允許運(yùn)營商控制網(wǎng)絡(luò)行為和功能集。

　　早在21世紀(jì)初，隨著網(wǎng)絡(luò)處理器的出現(xiàn)便產(chǎn)生了CP/DP分離的概念，CP/DP API標(biāo)準(zhǔn)化的概念通過網(wǎng)絡(luò)處理器論壇（NPF） 等計劃得到了廣泛傳播。在這一點(diǎn)上有一個值得探究的問題：“人們?yōu)槭裁匆鞔_采用SDN？”。部分原因是SDN允許將標(biāo)準(zhǔn)的、與應(yīng)用無關(guān)且通常是分布式的控制替換為集中的且在各種標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用都可通用的控制。這意味著SDN對于能夠從集中控制中受益并有志于開發(fā)應(yīng)用專用控制軟件的實(shí)體來說非常重要。

　　動機(jī)通常是為了簡化網(wǎng)絡(luò)管理，但現(xiàn)在連管理也變得依網(wǎng)絡(luò)而變了，SDN于是在控制平面和數(shù)據(jù)平面之間提供了一個接口，將網(wǎng)絡(luò)展露給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)人員。

　　OpenFlowTM是開放網(wǎng)絡(luò)基金會（ONF）推動的SDN標(biāo)準(zhǔn)化工具，此概念與SDN密切關(guān)聯(lián)。OpenFlow定義（目前）在DP中執(zhí)行切換功能的L2與更高層的CP功能之間的API級接口，支持DP控制和監(jiān)控的分離。OpenFlow概念定義了專用DP組件，支持“某些功能最好在網(wǎng)絡(luò)處理器等優(yōu)化的硬件平臺上執(zhí)行”這一觀點(diǎn)。OpenFlow概念根據(jù)SDN原理引入了CP集中化，允許CP遷移到遠(yuǎn)程（集中式/云）環(huán)境。

　　LTE基站中通過SDN實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的主要候選組件是S1/X2接口（基站回程）。目前與該接口有關(guān)的L2/L3功能（以太網(wǎng)、QoS、IP/IPSec等）的實(shí)現(xiàn)都向系統(tǒng)供應(yīng)商提供專用的API。管理多個系統(tǒng)供應(yīng)商提供的不斷發(fā)展的API效率很不高，使網(wǎng)絡(luò)管理變得更加復(fù)雜。通過SDN支持的標(biāo)準(zhǔn)化控制可實(shí)現(xiàn)回程聯(lián)網(wǎng)自動化。

　　SDN是一款有用的工具，特別是在演進(jìn)HetNet型部署場景中，在不同代的產(chǎn)品和多個系統(tǒng)供應(yīng)商間演進(jìn)非統(tǒng)一的回程。

　　挑戰(zhàn)

　　現(xiàn)有的基站實(shí)施方案主要依靠供應(yīng)商的專有軟件，這些軟件在通用處理器（Power Architecture?、ARM?、MIPS執(zhí)行L2/L3堆棧）和專用硬件加速/信號處理器（執(zhí)行L1堆棧以及L2/L3分流）均執(zhí)行。L2/L3進(jìn)程在專有RTO或Linux?上執(zhí)行，并具有適當(dāng)?shù)膶?shí)時擴(kuò)展（如 PREEMPT_RT）。之所以采用區(qū)隔硬件和軟件的方法，是因?yàn)?GPP/LTE面臨許多挑戰(zhàn)，要在NFV環(huán)境下解決。具體而言：

　　? 延遲（實(shí)時行為）和性能（保持吞吐量）對于LTE至關(guān)重要

　　? 需要將硬件加速（用于性能/效率）整合到NFV環(huán)境中

　　虛擬化基站

　　考慮到上述挑戰(zhàn)，下面介紹了一個實(shí)用的SDN/NFV開發(fā)平臺方法，以虛擬基站（vBTS）作為虛擬接入平臺（vAccess）的一個應(yīng)用為例子進(jìn)行說明。

　　飛思卡爾創(chuàng)建vBTS開發(fā)平臺所用的關(guān)鍵平臺硬件組件包括：

　　? GPP服務(wù)器平臺托管處理棧的實(shí)時和非實(shí)時組件。

　　? 智能網(wǎng)絡(luò)接口卡（iNIC）。iNIC框架可滿足存儲、安全性、深層數(shù)據(jù)包檢測（DPI）、防火墻、廣域網(wǎng)（WAN）優(yōu)化和應(yīng)用交付計算 （ADC）等融合數(shù)據(jù)中心應(yīng)用對智能網(wǎng)絡(luò)加速和應(yīng)用分流的需求。

　　? L1加速器。我們使用獨(dú)立的L1加速器，它通過以太網(wǎng)連接至L2/L3棧。L1加速器包含“translator”代理，該代理通過物理連接轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的消息接口（FAPI）。飛思卡爾提供一系列L1加速設(shè)備，從低端到高端一應(yīng)俱全。