運用 NFV 達成電信業等級的運作時間

March 14, 2017 Patrick Mannion

在資料中心領域中已成為顯學的網路功能虛擬化 (NFV) 終於引進電信網路。 不過,眼前有一個主要障礙。 電信業等級的 NFV 必須在網路邊緣將電信及資料中心功能整合於一體內,同時要能提供電信業等級的運作時間。

對資料中心 NFV 設備的供應商而言,這代表必須大幅提升功能 (圖 1)。  首先,可用性需求從原先的 99.9%,躍升為最低 99.999%。

圖 1. 電信業等級的網路要求比企業 IT 及資料中心更加嚴格。 (資料來源:Wind River)

如果要符合這些更加嚴格的需求,就必須重新思考底層硬體的條件。 設備供應商僅可將基於標準的資料中心設備當成起點。 若要滿足電信營運商的需求,設備供應商必須運用額外的硬體及軟體功能來加強原有的設計。

走向 NFV 

NFV 發展的關鍵動力,就是為了要打破功能與硬體之間的相依性。 「電信業者不再需要依靠單一供應商才能購得硬體/軟體套組,」Lanner 的 Global Business Development Director for Telecom Appliances (電信設備全球業務發展總監) Sven Freudenfeld 說道。取而代之的是電信業者開始尋求可以執行各種軟體的通用型硬體。 「這是完全不同的模式,」他說。

這種新的模式,讓服務供應商擁有更大的自由度,同時也能降低底層硬體的成本。 但是,由於營運商需針對行動網路在邊緣結合電信中央機房 (CO) 與資料中心服務,所以硬體的需求也開始有所不同。

行動邊緣運算硬體與軟體,仍舊需要支援現有電信基礎架構中的關鍵任務功能 (如 E911 通話),因此必須能夠達成 99.999% 的運作時間。 這代表每個月的網路停機時間不可多於 25.9 秒,相較之下每個月的資料中心停機時間則不可多於 43.8 分鐘。

為了達成如此高標準的需求,電信業者及服務供應商採用了混合式方法。 他們希望能夠找到擁有電信業等級效能,又有資料中心硬體的靈活性與可擴充性的設備。

5G 推動網路效能

Freudenfeld 認為,5G 是電信業走向 NFV 以及形成電信與資料中心功能整合需求的關鍵動力。 甚至在有明確定義之前,5G 就已拓展了網路靈活性與可擴充性。 5G 不僅代表邊緣有更多資訊,更代表能以極為不同的應用方式提供更多樣化的資料類型,像是串流高解析度的影片、汽車產業應用乃至於物聯網。

「不同類型的應用有不同類型的需求,當你需要連結更多裝置時,就會需要更大的頻寬。」Freudenfeld 強調。 影片串流之類的應用並不是至關重要的,但有些應用則具有關鍵的重要性。 「如果我需要監控某個病人的心跳,但網路卻中斷了 10 分鐘,那他可能會因此而過世:所以,我們的網路必須擁有高度可用性。」

獲得電信業等級的效能,同時擁有安全性及成本效益

電信業等級的設備,基本上就等同於是符合 ETSI 要求的設備。 這些要求包括 50 毫秒的 IP 封包容錯移轉、自動重新啟動能力、可使用熱抽換與備援電源供應器,以及 NEBS 合規的機箱。

NEBS 是電信設備安全、空間與環境設計的產業標準指南。 目前由 Telcordia 管理,這套指南涵蓋了對於震動、容錯移轉、氣流模式、聲學限制、RF 射線、ESD 與表面處理的要求。

管理功能也非常重要。 「因為邊緣運算通常位於遠端站台,所以你必須能夠完整掌控整個平台,」Freudenfeld 說,「不管是小型警報、關鍵警報、事件鎖定,或是需要重新開機,你都必須清楚知道現在所發生的一切。」

Freudenfeld 指出,Lanner 的 HTCA-6200 平台是專為了電信商認證所設計 (圖 2)。 這代表該平台導入了 ATCA 標準的元素,如擁有 100 GbE 功能的後端,同時移除了 ATCA 的 350 W/blade 電源限制。 「我們稍微超出了預算,但機箱是由 Lanner 打造,而不是第三方,所以這部分還在我們的掌握之中。」Freudenfeld 解釋。

圖 2. HTCA-6200 設備採用模組化方法。
(資料來源:Lanner Electronics Inc.)

此種控制與最佳化的能力,就是逐漸捨棄 ATCA 規格的主要原因之一。 就 Lanner 的狀況來說,這能推動他們開發其 ATCA 基礎的 HybridTCA (HTCA) 平台。

HTCSA 使用密集的模組化設計,將控制層與資料層整合至單一設備中,吞吐量可高達 400 或 640 Gbits/s。 模組化方法讓 Lanner 可以將解決方案從 1U 擴充至現今所需的 2U,甚至在未來可以擴充為 6U 設計。

這讓系統能夠提供更豐富,更有彈性的效能。 舉例來說,HTCA-6200 搭載了四個 Intel Xeon 處理器 E5-2690 CPU,並且擁有 Intel C612 晶片組、雙 I/O 刀鋒及 16 個 DDR4 R-DIMM 插槽支援。

該系統也是為了電信用途所打造。 Freudenfeld 指出,上述範例中的 HTCA-6200,即擁有雙交流電 1200-W N+1 供應器及數位電源控制的 PMBus 支援。

開放網路平台

Freudenfeld 指出,Lanner 將通常分佈於分開的伺服器及交換器上的 Intel® 開放網路平台 (ONP) 整合進單一系統中,這也顯示了其密度與所能減少的使用空間。 「我們把交換功能、運算功能及管理功能,全部整合至同一個平台內,」他說。

Intel® ONP 是一伺服器參考架構,針對 NFV 及 SDN 整合了所有重要的硬體與開放軟體 (圖 3)。 其基礎為標準高容量伺服器及 Intel ONP 開放原始碼軟體堆疊。 關鍵組成要素包含 OpenStack Liberty、OpenDaylight Beryllium 以及 Open vSwitch 2.5。

圖 3.  Intel ONP 針對 NFV 及 SDN 整合了所有重要的硬體與軟體。 (資料來源:Intel Corp。)

Lanner 以 Wind River Titanium Server 建構其 Linux 版本。 此電信等級平台可提供電信等級的可靠性、效能及安全性。
在 Titanium Server 之外,Lanner 採用 Trend Micro 的 Virtual Network Function Suite (虛擬網路功能套件)。

Trend Micro 的 DPI 套件可在單一掃描中同時檢查網路封包及執行選擇的功能,如入侵防禦、應用程式控制或 URL 篩選。

向前邁進

雖然 NFV 擁有降低成本及強化資訊服務的強大吸引力,但若想打造出擁有「電信業等級」的電信與資料中心網路,必須更加注意系統的可靠度及壽命。

Lanner Electronics 的 HTCA-6200 設備以其低延遲性、高安全性、高可靠度的系統及網路設計解決了此一問題,同時也展現了減少空間使用、提升互通性與可擴充性的能力。

並沒有太多網路設備供應商能夠同時滿足這些需求,所以網路架構師更應深入探究這些有能力做到的公司。

作者簡介

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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