核心網，是整個通信網絡的大腦，是不可或缺的重要組成部分。
網絡的管理控制、鑒權認證等關鍵功能，主要由核心網負責。核心網的能力是否強大，直接影響了整個網絡的性能表現(xiàn)。
5G時代，整個移動通信網絡架構發(fā)生了翻天覆地的變化，為了實現(xiàn)超高速率，超低時延，超大連接，網絡的方方面面都進行了改造和革新。那么，在苛刻的性能指標要求面前，我們的5G核心網，究竟是怎么自我革新，面對挑戰(zhàn)的呢？
6月19日，在英特爾®數據創(chuàng)新峰會暨新品發(fā)布會上，中興通訊NFV/SDN首席科學家屠嘉順先生給我們分享了中興通訊在5G核心網高性能運算方面的實踐成果。
5G核心網，相比4G，不管是服務架構，還有硬件平臺，都完全不一樣了。
通過引入NFV網元功能虛擬化技術，傳統(tǒng)的專用硬件平臺被x86通用硬件平臺所取代。
大量的通用服務器組成了硬件資源池。在資源池上，通過基于OpenStack的虛擬化軟件平臺，構建了大量的虛擬機甚至容器。而我們5G核心網的網元，就以軟件的形式，部署在這些虛擬機和容器上，實現(xiàn)相應的功能。
這樣的架構，被稱為微服務架構。而這個開放的平臺，也就是我們常說的電信云。
整個5G核心網的虛擬化和云化，使其自身具備很高的靈活性。硬件資源是靈活的，軟件部署是靈活的，業(yè)務遷移和擴容縮容，也是靈活的。
為了進一步降低運維復雜度，5G核心網還引入了編排器。
編排器負責對資源調度進行編排。編排器里面還集成了人工智能引擎，甚至包括大數據分析，形成一些配置庫。前期的經驗和運維的訴求，變成一系列自動化運維的policy策略，讓整個系統(tǒng)具有自動化部署的能力。
采用微服務架構之后，5G核心網的效率有了大幅的提升，部署效率可以提升30%，運維效率提升40%，這是相比4G核心網的一個巨大的優(yōu)勢。
5G核心網，離不開高效、強勁的云基礎設施
除了控制功能之外，5G核心網的一個最重要指標是轉發(fā)效率。
5G核心網需要將來自無線接入網的用戶數據，轉發(fā)到互聯(lián)網。同樣的，它也需要將來自互聯(lián)網的數據，轉發(fā)給接入網。
5G網絡龐大的流量，全部都要經過5G核心網。而具體負責轉發(fā)的網元，就是UPF。
UPF是5G核心網性能的關鍵
所以說，UPF的性能優(yōu)劣，直接決定了整個5G核心網的性能，甚至整個5G網絡的性能。
那么，在目前的架構下，UPF的轉發(fā)能力，究竟該如何獲得提升？
根據屠嘉順的介紹，目前5G UPF網元的性能提升，主要有三個手段：
第一個，是CPU加速。也就是UPF軟件直接部署在更強勁的CPU上，以此提升性能。
第二個，是通用網卡加速。網卡是流量的直接出入口，承載著大量的數據轉發(fā)。所以，在網卡上進行加速，可以提升UPF的性能。
第三個，是采用智能網卡。智能網卡是一種特殊的網卡，采用了一些智能技術，用于實現(xiàn)數據在網卡的直接轉發(fā)，從而實現(xiàn)性能的提升。
這里就要特別介紹一下英特爾的SST-CP（Speed Select-Core Power）技術。
SST-CP技術，是第二代英特爾至強可擴展處理器N系列所支持的一項內核頻率控制技術。它可以靈活配置和調整CPU核的優(yōu)先級，將一個CPU的部分核，強制運行在較高的頻率上。
UPF網元對性能的要求高，就將UPF定義到高優(yōu)先級的CPU核上，借此大幅提升UPF的工作性能。
為什么不將所有的核心頻率都提升呢？
當然是為了節(jié)能，只讓有性能需求的網元工作在高頻率。5G核心網控制類的網元，例如AMF等，是不需要那么高性能的，如果全部調高，勢必增加整個CPU的能耗，單個CPU的熱負荷也超標了。
SST-CP技術，既滿足了UPF網元的性能需求，又平衡了5G核心網的整體功耗，是一項非常實用的技術。
第二項用于UPF性能提升的技術，就是DDP（Dynamic Device Personalization，動態(tài)設備個性化）。
DDP是一個讓網卡更加“聰明”的技術。
傳統(tǒng)情況下，UPF作為流量通道，需要一部分CPU核心進行流量的分發(fā)，還有一些CPU核心做流量的轉發(fā)。比例大概是1:2。
如果網卡引入了DDP的技術，那么，它可以根據需求下載一些User Profile（用戶配置文件），然后根據用戶的IP地址作為索引，進行分發(fā)工作。這樣一來，網卡就具備了分發(fā)能力，那么，用于分發(fā)的三分之一的CPU核就被釋放出來了，可以做其它的工作。
也就是說，引入DDP，理論上可以提升三分之一的系統(tǒng)性能。
屠嘉順分享的中興通訊5G核心網測試結果，也充分驗證了兩項技術的實踐成效。
SST-CP技術引入前后的系統(tǒng)性能對比
從上圖可以看出，引入SST-CP技術之后，整體性能提升了大約3%。
其實，大家都知道，英特爾CPU本身就有一個睿頻技術，可以動態(tài)調整CPU的工作頻率，但是這種調整方式是不停地變化，對整體的功能和性能來說，會帶來一些不穩(wěn)定和波動。而SST是強制提升，雖然整體數據看上去并不明顯，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性上要好很多。
DDP的效果就更加明顯了，從96G到128G，差不多有33%，這個結果和之前理論的分析是完全一致的。
DDP技術引入前后的系統(tǒng)性能對比
綜合來說，結合SST和DDP技術，系統(tǒng)的整體性能可以提升37%。這個對整個5G核心網來說，是非常了不起的性能提升，網絡的功耗、集成度也會有很大的改善。
DDP技術還帶來了一個好處，就是改善時延。
大家都知道，5G的一大特點就是超低時延，這主要是滿足車聯(lián)網、工業(yè)機器人等時延敏感型場景。
引入DDP技術之后，因為網卡直接進行了分發(fā)和轉發(fā)，減少了上層處理的環(huán)節(jié)，所以對時延有明顯的改善。從測試結果可以看出，時延從150us降低到74us，差不多降低了一半。
DDP帶來的時延改進效果
5G時代，性能就是生產力，高性能就意味著高效率。
網元功能虛擬化（NFV），給5G核心網的性能倍增奠定了堅實的基礎。以SST和DDP為代表的硬件加速技術和硬件智能技術，進一步挖掘了5G核心網的性能潛力。
隨著時代的發(fā)展，硬件的性能仍將繼續(xù)提升，架構的升級也會無窮無盡。正是這些源源不斷的創(chuàng)新，給人類通信事業(yè)的進步帶來了澎湃的動力！
