隨著5G的商用推進(jìn),，4K/8K高清視頻,、云游戲、遠(yuǎn)程駕駛,、工業(yè)控制等eMBB/URLLC應(yīng)用需求也日趨緊迫,，它們對網(wǎng)絡(luò)提出了超低時延、超大帶寬的要求,。而這些性能需求與網(wǎng)絡(luò)用戶面緊密相關(guān),，需要用戶面提供高效的數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

　　但是隨著軟硬件解耦、COTS硬件的采用,，以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化在電信領(lǐng)域的逐步普及,，一方面降低了成本、提升了資源利用率,，另一方面相對傳統(tǒng)專用硬件專用網(wǎng)絡(luò)而言性能有所下降,。因此，基于虛擬化的純軟件用戶面無法勝任5G URLLC和部分eMBB的要求,。

　　點面結(jié)合,，加速5G用戶面

　　5G用戶面端到端性能的提升，涉及到方方面面,。

　　首先，需要從網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)設(shè)計,、部署層面分析和優(yōu)化,，盡量縮短用戶面?zhèn)鬏斅窂健?/p>

　　其次，需要對網(wǎng)絡(luò)中每個轉(zhuǎn)發(fā)處理用戶面數(shù)據(jù)的網(wǎng)元/網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行優(yōu)化,，提高單個節(jié)點的處理性能,。

　　這是一個由“面”及“點”的性能提升過程。

　　“面”：基于CUPS的用戶面下沉,，縮短轉(zhuǎn)發(fā)路徑

　　移動終端通過無線基站接入核心網(wǎng)后,，如果核心網(wǎng)不是分布式的，那么終端訪問的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),，就需要統(tǒng)一經(jīng)過集中的DC來轉(zhuǎn)發(fā)處理,，當(dāng)用戶處于較偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)時，時延勢必很大,。

　　提升用戶面轉(zhuǎn)發(fā)性能,，從組網(wǎng)架構(gòu)層面看，首先要求核心網(wǎng)是分布式,。如下圖所示,，核心網(wǎng)按需部署多級DC，相對中心DC而言,，邊緣DC和接入DC更靠近終端用戶,，控制面的信令仍然會上傳到中心DC處理，而用戶面數(shù)據(jù)則在邊緣或接入DC直接處理和分發(fā),，極大地減少了端到端的網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑,，節(jié)省傳輸成本，降低傳輸時延,。

　　分布式DC

　　核心網(wǎng)分布式部署后,，從邊緣輕量化部署和管理的角度來看，需要將核心網(wǎng)的用戶面和控制面分離（即CUPS）,，只將用戶面按需下沉到邊緣或接入DC,。CUPS的好處多多,，一方面控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能解耦，軟件管理/更新簡單,、獨立,；另一方面，控制面集中最大化資源利用率,，解耦后的用戶面下沉減少了對邊緣資源的需求,。

　　5G 天然CUPS架構(gòu)

　　因此，基于CUPS的分布式組網(wǎng)和用戶面的按需下沉,，通過減少轉(zhuǎn)發(fā)路徑長度,，一定程度上提升了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率。用戶面端到端性能的提升,，需要“點”與“面”的結(jié)合,，面做到了提升，核心網(wǎng)中各個轉(zhuǎn)發(fā)處理“點”的性能是否有提升的空間呢,？虛擬化的大趨勢下,，用戶面網(wǎng)元（GW-U/UPF）基于X86架構(gòu)服務(wù)器部署，性能無法媲美專用硬件,，電信運營商和廠商們迫切需要提升“點”的性能,。

　　“點”：軟件架構(gòu)和邏輯優(yōu)化，提升轉(zhuǎn)發(fā)性能

　　對單個用戶面網(wǎng)元vGW-U或UPF而言,，其數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)的性能影響因子主要包括：業(yè)務(wù)邏輯的復(fù)雜度（DPI深度,、計費和流量統(tǒng)計策略等）、數(shù)據(jù)流包含的包個數(shù),、包大小,、CPU的性能等等。

　　DPDK,、NUMA綁定,、OS優(yōu)化、巨頁等技術(shù)用于vGW-U/UPF的性能優(yōu)化在業(yè)界已基本普遍應(yīng)用,。除此之外,，一些廠商對用戶面網(wǎng)元的軟件架構(gòu)和邏輯也著手優(yōu)化。中興的vGW-U/UPF基于VPP（Vector Packet Processing）原理,，采用消息多隊列無鎖處理,、業(yè)務(wù)首包DPI、流表等技術(shù),，實現(xiàn)熱點報文的批量處理和轉(zhuǎn)發(fā),，有效地降低了業(yè)務(wù)邏輯對CPU的消耗。當(dāng)然，用戶面流量卸載的性能與實際的業(yè)務(wù)模型有著極大的關(guān)系,，單條流的包個數(shù)越多,，卸載轉(zhuǎn)發(fā)的效率越高。比如,，基于此方案,，視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)效率就非常高。

　　純軟件加速vGW-U/UPF流量卸載

　　中興通訊純軟件加速的vGW-U/UPF/GW-U,，基于X86通用服務(wù)器（CPU不低于Intel 6138,，雙路），單服務(wù)器能提供60Gbps處理能力,，時延小于100us,，在業(yè)界同等條件下的性能水準(zhǔn)優(yōu)異，可滿足4G和5G初期eMBB需求,。

　　“點”：智能網(wǎng)卡加速虛擬化用戶面,，URLLC致勝法寶

　　對于工業(yè)控制、自動駕駛等超低時延應(yīng)用,，基于X86服務(wù)器的純軟件用戶面不能勝任其性能需求。業(yè)界對此有多種不同的方案,。目前部分GW-U/UPF設(shè)備商在5G解決方案中仍然主推基于專用硬件的用戶面,。在通用化、虛擬化的大趨勢下,，中興主推基于X86服務(wù)器的FPGA智能網(wǎng)卡加速虛擬化用戶面,，性能媲美專用硬件。

　　中興基于FPGA智能網(wǎng)卡加速的vGW-U /UPF,，在軟件VNF層面進(jìn)行業(yè)務(wù)首包學(xué)習(xí),、生成轉(zhuǎn)發(fā)流表，并將流表下發(fā)到智能網(wǎng)卡中,，同一條流的后續(xù)數(shù)據(jù)報文將由智能網(wǎng)卡接收,、解包、處理后直接轉(zhuǎn)發(fā),，降低節(jié)點內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)處理層次,，大幅減輕CPU計算、內(nèi)存讀取,、PCIe總線的瓶頸,，提升單服務(wù)器性能密度。

　　FPGA智能網(wǎng)卡加速虛擬化用戶面

　　相對純軟件加速的vGW-U /UPF而言,，智能網(wǎng)卡加速的vGW-U /UPF,，突破了當(dāng)前虛擬化轉(zhuǎn)發(fā)的性能和時延瓶頸，實現(xiàn)虛擬化超高性能超低時延，單服務(wù)器吞吐量提升至3倍（180Gbps）,，時延降低90%（低于10us）,，每Gbit功耗降低55%，性能業(yè)界領(lǐng)先,。

　　由于FPGA智能網(wǎng)卡中的邏輯與軟件層面的vGW-U /UPF加速邏輯強相關(guān),，因此，智能網(wǎng)卡與VNF的解耦是當(dāng)前所面臨的問題,。在虛擬化的大形勢下,，這是必須要邁出的腳步，不破不立,。目前,，中興正積極聯(lián)合中移動研究院持續(xù)推進(jìn)該標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展。在2019年的上海通信展中,，中移,、中興、聯(lián)想三方合作,，開展了智能網(wǎng)卡與VNF的解耦測試,。

　　中興通訊基于多年的技術(shù)沉淀，將攜手更多的合作伙伴,，共同探索和推動新技術(shù)新方案的成熟,，推動5G以及未來網(wǎng)絡(luò)的能力提升，共筑美好未來,。