利用 NFV 实现运营商级的运行时间

March 14, 2017 Patrick Mannion

网络功能虚拟化 (NFV) 在数据中心内已非常成熟,正在最终向电信网络发展。 但是,仍然还存在一个主要的障碍。 运营商级 NFV 必须在边缘位置的单个框架中将电信和数据中心功能结合起来,并具有运营商级的运行时间。

对于习惯了数据中心 NFV 的设备供应商而言,这意味着功能上的重大飞跃(图 1)。  首先,可用性要求从三个九 (99.9%) 提高到了至少五个九 (99.999%)。

图 1. 运营商级网络的要求比企业 IT 和数据中心更加严格。 (资料来源:Wind River

要满足这些更高要求,需要重新考虑基础硬件。 设备供应商应该将基于标准的数据中心设备仅仅当作起点。 为满足运营商的需求,他们需要在自己的设计中增加更多硬件和软件特性和功能。

NFV 之旅

推动实施 NFV 的一个关键因素就是它能够将功能从硬件中分离出来。 Lanner 电信设备全球业务开发总监 Sven Freudenfeld 说:“运营商不再需要依赖单一供应商来提供硬件/软件包,而是可以采用能运行任何软件的通用硬件。” 他说:“这是一种完全不同的模式。”

这一新模式解放了服务供应商,并且有助于降低基础硬件的成本。 但是由于运营商在移动网络边缘将中央办公室 (CO)(电信)和数据中心服务结合在一起,因此硬件需求也在不断改变。

移动边缘计算硬件和软件仍然需要支持已安装的电信基础设施来执行关键业务功能,例如 E911 呼叫,使对运行时间的要求达到 99.999%。 换而言之,每个月的网络宕机时间只能有 25.9 秒,而数据中心的每月宕机时间可达到 43.8 分钟。

为适应此类要求,运营商和服务供应商正在采用一种混合方法。 他们需要的设备必须既具有运营商级性能,又具有数据中心硬件的灵活性和可扩展性。

5G 推动网络性能提高

据 Freudenfeld 介绍,5G 已成为运营商 NFV 的关键推动因素,并且推动着将电信与数据中心功能结合在一起的需求。 即使在定义 5G 之前,它便已经在拉高着网络灵活性和可扩展性的极限。 它不仅意味着更多的边缘数据,还意味着差别极大的应用中产生的更多不同数据类型,包括从流媒体高清视频到汽车和物联网。

Freudenfeld 解释说:“他们都有各自专门的需求,而您还有更多的联网设备,因此您需要更大的带宽。” 某些应用并不是特别关键,例如流媒体视频,但其他应用则非常关键。 “如果我在监控患者的心跳,而此时网络中断了 10 分钟,患者可能会失去生命:正因为如此,我需要网络具有高可用性特性。”

以安全且经济高效的方式达到运营商级性能

在 ETSI 需求当中,运营商级设备占了很大比例。 其中包括 IP 数据包的 50 毫秒故障转移、自动重新启动的能力、使用可热插拔和冗余电源,以及机箱本身符合 NEBS 标准。

NEBS 是针对电信设备的安全、空间和环境设计准则制定的一套行业标准。 NEBS 目前由 Telcordia 管理,它涵盖振动、故障转移、气流模式、噪声限制、辐射、ESD 和表面涂层等要求。

可管理性也很重要。 Freudenfeld 评论说:“您需要平台的完整可见性,因为边缘计算通常都在远程站点进行。因此,您需要了解次要或关键的警报、事件锁定,或者是否必须重置主板。”

Freudenfeld 提到了 Lanner 的 HTCA-6200 平台,它专门针对运营商认证而构建(图 2)。 这意味着去除 ATCA 标准中的某些要素(例如具有 100 GbE 功能的后端),同时消除 ATCA 的 350-W/刀片功率限制。 Freudenfeld 解释说:“我们稍微超出了一点预算,但是机箱由 Lanner 而不是第三方制造,因此在控制范围内。”

图 2.
HTCA-6200 设备采用了模块化方法。 (资料来源:Lanner Electronics Inc.

这一控制和优化功能就是摆脱 ATCA 规范的一个主要原因。 在 Lanner 案例中,它推动开发了基于 ATCA 的 HybridTCA (HTCA) 平台。

HTCSA 采用了密集的模块化设计,它在单个设备中集成了控制面板和数据面板,吞吐量高达 400 或 640 Gbits/s。 模块化方法使 Lanner 能够将其解决方案从 1U 扩展到现在的 2U,未来还有可能扩展到 6U 设计。

这样,系统就能提供丰富而灵活的性能。 例如,HTCA-6200 在四个英特尔赛扬处理器 E5-2690 CPU 上运行,并且配备了英特尔 C612 芯片组、双 I/O 刀片和 16 个 DDR4 R-DIMM 插槽。

系统的构建还适合电信使用。 在举例说明中,Freudenfeld 提到了 HTCA-6200 的双 AC 1200-W N+1 电源,并带有用于数字电源控制的 PMBus 支持。

开放式网络平台

在举例说明密度级别和减少空间占用时,Freudenfeld 指出 Lanner 采用了英特尔® 的开放式网络平台 (ONP),它通常分散在一台单独的服务器和一台交换机上,并且折叠为一个系统。 他说:“因此,我们正在将交换、计算和管理功能合并到同一平台上。”

英特尔® ONP 是一种服务器参考架构,它将用于 NFV 和 SDN 的关键硬件和开放式软件结合在一起(图 3)。 它基于一台标准大容量服务器和一个英特尔 ONP 开源软件堆栈。 其关键组成部分包括 OpenStack Liberty、OpenDaylight Beryllium 和 Open vSwitch 2.5。

图 3. 英特尔 ONP 将用于 NFV 和 SDN 的关键硬件和软件结合在一起。 (资料来源:英特尔公司

在其 Linux 构建中,Lanner 采用了 Wind River Titanium Server。 这一运营商级平台提供了运营商级可靠性、性能和安全性。 在 Titanium Server 上,Lanner 运行的是 Trend Micro 的 Virtual Network Function Suite。

Trend Micr 的 DPI 套件可以检查网络数据包并执行选择功能,例如入侵防护、应用程序控制或 URL 过滤,全部可在一次扫描中完成。

展望未来

尽管 NFV 具有降低成本和实现增强数据服务等吸引力,但是要想在电信和数据中心网络内达到“运营级”效果,还需要更加关注系统的可靠性和长效性。

Lanner Electronics 在其 HTCA-6200 设备中解决了这一问题,它采用了低延迟、高安全性、高可靠性的系统和网络设计,同时还考虑了空间占用、互操作性和可扩展性等因素。

有能力满足所有这些需求的网络设备供应商并不是很多,因此网络架构师必须深入了解才能发现那些有能力的供应商。

作者简介

Patrick Mannion

Patrick Mannion is a independent content developer and consultant who has been analyzing developments in technology for over 25 years. Formerly Brand Director for EETimes, EDN, Embedded, Planet Analog and Embedded.com, now part of AspenCore, he has also been developing and executing community-oriented online- and events-based engineer-to-engineer learning platforms. His focus is on connecting engineers to find novel design solutions and focused skills acquisition in the areas of Embedded, IoT, Test and Measurement, RF/Wireless, and Analog & Mixed-Signal Design.

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