高性能5G核心网，动力从何而来？

核心网，是整个通信网络的大脑，是不可或缺的重要组成部分。

网络的管理控制、鉴权认证等关键功能，主要由核心网负责。核心网的能力是否强大，直接影响了整个网络的性能表现。

5G时代，整个移动通信网络架构发生了翻天覆地的变化，为了实现超高速率，超低时延，超大连接，网络的方方面面都进行了改造和革新。那么，在苛刻的性能指标要求面前，我们的5G核心网， 究竟是怎么自我革新，面对挑战的呢？

6月19日，在英特尔®数据创新峰会暨新品发布会上，中兴通讯NFV/SDN首席科学家屠嘉顺先生给我们分享了中兴通讯在5G核心网高性能运算方面的实践成果。

5G核心网，相比4G，不管是服务架构，还有硬件平台，都完全不一样了。

通过引入NFV网元功能虚拟化技术，传统的专用硬件平台被x86通用硬件平台所取代。

大量的通用服务器组成了硬件资源池。在资源池上，通过基于OpenStack的虚拟化软件平台，构建了大量的虚拟机甚至容器。而我们5G核心网的网元，就以软件的形式，部署在这些虚拟机和容器上，实现相应的功能。

这样的架构，被称为微服务架构。而这个开放的平台，也就是我们常说的电信云。

整个5G核心网的虚拟化和云化，使其自身具备很高的灵活性。硬件资源是灵活的，软件部署是灵活的，业务迁移和扩容缩容，也是灵活的。

为了进一步降低运维复杂度，5G核心网还引入了编排器。

编排器负责对资源调度进行编排。编排器里面还集成了人工智能引擎，甚至包括大数据分析，形成一些配置库。前期的经验和运维的诉求，变成一系列自动化运维的policy策略，让整个系统具有自动化部署的能力。

采用微服务架构之后，5G核心网的效率有了大幅的提升，部署效率可以提升30%，运维效率提升40%，这是相比4G核心网的一个巨大的优势。

5G核心网，离不开高效、强劲的云基础设施

除了控制功能之外，5G核心网的一个最重要指标是转发效率。

5G核心网需要将来自无线接入网的用户数据，转发到互联网。同样的，它也需要将来自互联网的数据，转发给接入网。

5G网络庞大的流量，全部都要经过5G核心网。而具体负责转发的网元，就是UPF。

UPF是5G核心网性能的关键

所以说，UPF的性能优劣，直接决定了整个5G核心网的性能，甚至整个5G网络的性能。

那么，在目前的架构下，UPF的转发能力，究竟该如何获得提升？

根据屠嘉顺的介绍，目前5G UPF网元的性能提升，主要有三个手段：

第一个，是CPU加速。也就是UPF软件直接部署在更强劲的CPU上，以此提升性能。

第二个，是通用网卡加速。网卡是流量的直接出入口，承载着大量的数据转发。所以，在网卡上进行加速，可以提升UPF的性能。

第三个，是采用智能网卡。智能网卡是一种特殊的网卡，采用了一些智能技术，用于实现数据在网卡的直接转发，从而实现性能的提升。

这里就要特别介绍一下英特尔的SST-CP（Speed  Select - Core Power）技术。

SST-CP技术，是第二代英特尔至强可扩展处理器N系列所支持的一项内核频率控制技术。它可以灵活配置和调整CPU核的优先级，将一个CPU的部分核，强制运行在较高的频率上。

UPF网元对性能的要求高，就将UPF定义到高优先级的CPU核上，借此大幅提升UPF的工作性能。

为什么不将所有的核心频率都提升呢？

当然是为了节能，只让有性能需求的网元工作在高频率。5G核心网控制类的网元，例如AMF等，是不需要那么高性能的，如果全部调高，势必增加整个CPU的能耗，单个CPU的热负荷也超标了。

SST-CP技术，既满足了UPF网元的性能需求，又平衡了5G核心网的整体功耗，是一项非常实用的技术。

第二项用于UPF性能提升的技术，就是DDP（Dynamic Device Personalization，动态设备个性化）。

DDP是一个让网卡更加“聪明”的技术。

传统情况下，UPF作为流量通道，需要一部分CPU核心进行流量的分发，还有一些CPU核心做流量的转发。比例大概是1:2。

如果网卡引入了DDP的技术，那么，它可以根据需求下载一些User Profile（用户配置文件），然后根据用户的IP地址作为索引，进行分发工作。这样一来，网卡就具备了分发能力，那么，用于分发的三分之一的CPU核就被释放出来了，可以做其它的工作。

也就是说，引入DDP，理论上可以提升三分之一的系统性能。

屠嘉顺分享的中兴通讯5G核心网测试结果，也充分验证了两项技术的实践成效。

SST-CP技术引入前后的系统性能对比

从上图可以看出，引入SST-CP技术之后，整体性能提升了大约3%。

其实，大家都知道，英特尔CPU本身就有一个睿频技术，可以动态调整CPU的工作频率，但是这种调整方式是不停地变化，对整体的功能和性能来说，会带来一些不稳定和波动。而SST是强制提升，虽然整体数据看上去并不明显，但系统的稳定性和可靠性上要好很多。

DDP的效果就更加明显了，从96G到128G，差不多有33%，这个结果和之前理论的分析是完全一致的。

DDP技术引入前后的系统性能对比

综合来说，结合SST和DDP技术，系统的整体性能可以提升37%。这个对整个5G核心网来说，是非常了不起的性能提升，网络的功耗、集成度也会有很大的改善。

DDP技术还带来了一个好处，就是改善时延。

大家都知道，5G的一大特点就是超低时延，这主要是满足车联网、工业机器人等时延敏感型场景。

引入DDP技术之后，因为网卡直接进行了分发和转发，减少了上层处理的环节，所以对时延有明显的改善。从测试结果可以看出，时延从150us降低到74us，差不多降低了一半。

DDP带来的时延改进效果

5G时代，性能就是生产力，高性能就意味着高效率。

网元功能虚拟化（NFV），给5G核心网的性能倍增奠定了坚实的基础。以SST和DDP为代表的硬件加速技术和硬件智能技术，进一步挖掘了5G核心网的性能潜力。

随着时代的发展，硬件的性能仍将继续提升，架构的升级也会无穷无尽。正是这些源源不断的创新，给人类通信事业的进步带来了澎湃的动力！

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