Page 21 - 网络电信2021年9月刊下
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VPP(Vector Packet Processing)：VPP是Cisco开发的一套     统运维模式由人工进行网络设计、规划、开通设备，存在效率
            基于DPDK实现的运行在用户空间的可扩展框架。一个应用在VPP                      低且容易出错的问题。同时，核心网是一张高度融合的网络，
            里以连起来的若干节点组成，每个节点包含一个或多个功能。                          承载着多设备连接和高并发业务，出现问题如果仅依靠人工处
            网络帧在VPP中被储存在网络帧向量(Packet  Vector)中，节点                理，很难快速定位收敛，其影响范围不可预估。
            会根据处理结果来决定网络帧的下一个目的地节点。这种处理                              近年来，随着AI、大数据、云计算、NFV等领域的技术积
            框架充分利用了通用CPU流水的指令预取，减少了cache缺失，                      累，核心网运维智能化已有初步应用，可能是未来的发展方向
            提高了CPU的运行效率。同时，VPP作为一个开源项目，还加入                       之一。智能运维系统可体现在如下几个方面。
            了常用的用户面协议栈功能，在一定程度上弥补了DPDK协议栈                            网络自动构建与配置：通过用户选择必须的信息，如设备
            部分的不足。                                               ID、容量、业务场景、网络基础参数等，由系统完成核心网功
                                                                 能的实例化、网络平面构建、配置参数生成与下发及设备开通
                三、核心网应用技术发展方向                                    等。
                进入到5G时代以后，  网络带宽的需求将呈现爆发式增长；                         故障自动诊断与恢复：先期由人工预设故障诊断模板，系
            同时，随着5G在垂直行业领域应用的铺开，对于低时延，高可                         统上线后由AI和大数据系统根据网络实际参数生成具体规则并
            靠业务的需求也越来越明确；另外，核心网的部署应用越来越                          更新到知识库中。当实际发生故障时，系统根据知识库进行诊
            多，智能运维的需求也会随之增长。面对这些需求，核心网的                          断，给出告警并执行预定的操作。此外，系统还应根据每次执
            应用技术发展可能会体现在以下几个方向。                                  行效果进行自我更新与完善。
                1. 用户面硬件加速                                           网络可视化：系统通过学习与运算，将核心网的网络拓
                基于通用硬件服务器的网络加速技术将核心网用户面网元                        扑、流量负荷、运行状态等实时展现出来，并可通过统一的操
            的转发带宽提升到了100Gbits+，单节点转发时延降低到了百微                     作接口进行人工查询与干预。
            秒这一水平。但是，想要在指标上继续实现指数级的提升还是
            遇到了瓶颈。                                                   四、结语
                近年来出现了一些用户面硬件转发加速技术，如用户面UPF                          核心网作为移动通信网络中的重要组成部分，为移动通
            中FPGA智能网卡的使用，基于可编程交换机的UPF等。这些技                       信业务提供基本的交换和传输服务。随着用户需求的不断提升
            术多基于如下思想：将核心网用户面功能进一步拆分为用户面                          以及新技术的应用，核心网的架构从最初的专用CT网络发展为
            控制单元与转发单元，控制单元继续运行在虚拟化环境上，而                          CT/IT融合，朝着虚拟化、服务化、功能融合化等方向发展，旨
            将转发单元下沉到智能网卡FPGA或者可编程交换机的ASIC芯片                      在为越来越多的移动用户、企业用户、物联网用户等提供更加
            中，利用硬件芯片的强大转发能力，可将用户面的转发带宽提                          灵活可控的网络服务。核心网的用户面，经历了从最初使用专
            升到Tbits以上，同时将时延降低到微秒以内。目前这些技术应                       用硬件，到转向拥抱通用处理器与网络加速技术结合的虚拟化
            用大多处于实验室验证阶段，尚未规模商用，随着技术的不断                          平台，再到投入通用处理器与可编程芯片结合的发展方向的转
            成熟，将会有较大发展。                                          变，旨在为用户提供更高带宽、更低时延及更高质量的网络传
                2. 确定性网络                                         输服务。本文介绍了核心网近年来主要的应用技术，分析论述
                在5G垂直行业的业务中，确定性的传输数据是关键图3核                       了各类技术的特点及应用场景，最后对核心网应用技术几个可
            心网网络切片示意图要求之一，而时间敏感网络(TSN)是满足该                       能的发展方向作出了展望。希望通过本文的研究与总结，能够
            要求的重要技术。3GPP  R16版本已经提出TSN与5G融合的技术思                  为相关领域的研究人员提供参考与帮助。
            路，将5G系统作为TSN中的网桥部署在TSN网络中。5G系统网桥
            由核心网UPF/NW-TT侧的TSN端口、UPF和UE之间的用户面隧道以
            及UE/DS-TT侧的TSN端口组成。
                为了支持TSN融合技术，核心网需要支持时钟同步以及TSN                     参考文献：
                       [6]
            的确定性传输 。在时钟同步方面，UPF需要通过NW-TT传递TSN                    [1] 苗杰，高功应.移动核心网虚拟化演进趋势探讨[J].邮电设
            时钟信息，支持gPTP协议处理，同时需要支持5G系统内的时钟                           计技术，2014(5)：5-9.
            同步并进行报文的时延补偿等。在确定性传输方面，需要UPF通                        [2] 3GPP TS 23.501 V16.5.1, System architecture for the
            过NW-TT支持IEEE802.1Qbv，IEEE802.1  QCI等协议的流量调度              5G System(5GS)[S].2020.
            和转发机制，同时需要核心网SMF、PCF、AF、UPF以及5G系统外                   [3] 范桂飓.5G 与MEC 边缘计[EB/OL].https：//www.cnblogs.
            的TSN控制器共同配合以支持TSN端口的配置与管理等。                              com/jmilkfan-fanguiju/p/11825026.html，(2019-09-
                目前TSN与5G融合的技术主要体现在协议框架层面，尚未有                         24).
            具体的技术应用，核心网侧NW-TT的技术实现路线，极有可能是                       [4] 杨红梅，林美玉.5G网络及安全能力开放技术研究[J].移动
            通过将硬件芯片集成在UPF内，或是通过UPF与外置的支持TSN交                         通信，2020，44(4)：65-68.
            换机配合的方式来实现。                                          [5] 朱河清.深入浅出DPDK[M].北京：机械工业出版社，2016.
                3. 智能运维                                          [6] 吴欣泽，信金灿，张化.面向5G TSN 的网络架构演进及增
                进入到5G时代以后，核心网不断新建/扩容，如果沿用传                           强技术研究[J].电子技术应用，2020，46(10)：8-13.

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