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与4G时代一样,5G标准空前统一,5G手机依然是全网通,运营商如何摆脱同质化竞争?

核心网是关键

以全球首商用的韩国5G为例,三家运营商同时在3.5GHz频段上以100MHz左右的连续带宽建网,几乎同样的网络覆盖、速率和资费,怎么才能做到服务差异化?

背后的秘密武器是——核心网。

韩国运营商A很“狡猾”,在5G建网初始就着手改造核心网架构,完成了 控制面和用户面分离(CUPS) ,并将用户面下沉到边缘节点,实现分布式的核心网架构,使内容和服务更接近用户侧,从而缩短业务响应时间,打造差异化的服务体验。

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2019年4月,在韩国三家运营商同时宣布5G商用之时,这家运营商冷不丁地对外宣布,已在全韩国建设了8个分布式边缘节点,而竞争对手仅有两个集中式的核心节点。

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韩国运营商A(右)与竞争对手(左)核心网分布对比

得益于分布式的核心网架构,韩国运营商A的5G网络时延可低至10ms,而传统集中式核心网架构下的网络时延高达30-40ms,从而可优于竞争对手大幅提升用户体验。

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比如,可为用户带来真正的沉浸式VR体验,秒刷网页…...

韩国5G案例给我们的启示是: 面向5G大带宽、低时延业务,在运营商之间的无线接入网能力差距不再明显的现实下,基于用户面下沉的分布式核心网架构是提升运营商的竞争力的关键。

但硬币是有两面的,低时延和网络成本成反比,时延越低,体验越好,可成本越高。这种与电信网络过去秉承的中心化概念背道而驰的分布式演进路线,意味着要新部署数量众多的边缘数据中心,带来的技术与成本挑战不可小觑。

挑战在哪里?怎么破?

挑战 性能挑战

边缘节点是分布式的云基础设施,在靠近用户侧实时处理多样的5G大带宽、低时延业务,要求高性能的虚拟机/容器,在一些特定业务下,基于x86的通用硬件在性能上能不能满足需求?

在摩尔定律失效下,面向未来十倍的用户面流量增长,x86服务器在转发性能上能否满足需求?能耗更高的通用硬件会不会带来更高的运营成本?有限的机房空间能否容得下“堆砌式”的通用硬件?

对于所有上述这些问题,恐怕只能打上一个大大的问号。

机房改造挑战

考虑成本因素,边缘数据中心将利旧部署于CO等传统电信机房,但传统地市及以下的电信机房当初并非按IT数据中心标准设计,在面积、供电、承重、制冷等方面与数据中心有很大差距,这需要对传统CT机房进行IT改造。

据统计, 约有40%的传统CT机房受限于建筑承重和供电能力,无法按照IT标准进行改造;约有1/3的一般机房,机房面积在100平以内,园区机房一般在40-60平,最多只能预留2个机柜数量。

传统CT机房改造投资要花多少?

能耗成本挑战

一提到数据中心,你立马会想到很多指标,比如服务器数量、处理器数量、机架尺寸、占地空间等,但数据中心管理人员最常用的一个指标是----能耗。

今天,网络大部分的电费支出来源于数据中心和基站,而边缘节点恰似这两者的结合,不难想象,这不仅需在建设初期对传统CT机房进行供电系统改造,后期运营的电费支出同样令人忧心。

过去几十年,受益于摩尔定律,能效每10年提升100倍,但如今这一趋势同样在放缓。在功耗/成本恒定的情况下,CPU核数已很难大幅提升,限制了性能提升。从产品应用看,CPU单位成本性能不但上升缓慢,单bit功耗下降也趋缓慢。

面向未来10倍的数据流量和计算需求,能效跑不赢bit增长必然消耗更多的电力,增加OPEX支出。

运维成本挑战

与基站和中心机房一样,未来绝大部分的边缘节点都是无人值守的,通用硬件的性能瓶颈会不会导致后期扩容和维护更加频繁?会不会导致维护人员疲于奔命于故障处理,增加运维成本?

边缘节点意味着CT和IT技术融合,这不仅会增加维护量,还要求运维人员具备CT和IT技术综合能力,而要掌握CloudOS、配套交换机、存储等整系统维护技能的难度大,这会不会再次增加运维成本?

列了这么多挑战,到底该怎么办?

怎么破? CPU供应链多样化降低TCO

与x86“垂直集成”的生态系统不同,ARM生态提供了更灵活的构架,芯片厂商可根据不同的应用设计定制和优化CPU,并通过添加加速器或其他功能灵活构建各种解决方案。

在终端领域,ARM芯片已占据绝大部分的移动设备市场。与传统PC直连电源不同,移动设备一天才充一次电,这凸显了ARM芯片的低功耗优势。

亚马逊、微软、Google等OTT巨头也开始对基于ARM的服务器越来越感兴趣,以希望CPU供应链多样化,降低TCO。

硬件加速解决性能、功耗和机房改造挑战

IT领域最早在数据中心采用了基于通用硬件的虚拟化/云化技术,但近两年遭遇通用硬件的瓶颈问题越发凸显。为了应对不断增长的计算需求,乃至越来越多的通用硬件带来的能耗和相关成本上升问题,亚马逊、微软等IT巨头正在不断将基于专用硬件的加速器引入到云服务中。

针对通用硬件的性能瓶颈、功耗更大、占地空间大、运维成本高等问题,边缘节点也应采用计算/存储/网络高度集成和硬件加速技术,以满足边缘数据中心的高性能需求,并降低功耗、占地及交换端口占用等,使能边缘数据中心部署更敏捷,运行更高效可靠。

根据实践, 在100万用户/100% Session DPI/平均包长900字节/single IP组网的流量模型下,UPF增强型转发平台采用刀片服务器+硬件加速,同等吞吐量与机架服务器相比,功耗可下降14%-33%,占地下降50%,500W下转发能力提升60%,同时无需采购TOR,占用交换机端口数减少80%。

面向5G多样化业务,边缘节点应结合业务特点选择不同的硬件加速技术。

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简而言之, 分布式的核心网架构是提升5G低时延、大带宽业务体验的关键,利于运营商打造差异化的服务体验,应及早规划部署 ;面向未来大量边缘节点的兴起, 引入ARM+硬件加速或用户面增强型硬件,推动CPU供应链多样化,是实现边缘节点最佳集成度、最佳效率和最低成本的长远解决之道。

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