隨著資料繼續增長和新基站的更加難以找到，電信公司正迎來說明運營商加速採納無線接入網路 (RAN) 虛擬化技術的黃金機會。該技術將說明運營商增加容量，改善體驗品質 (QoE)，增加新服務，並為 5G 部署做好準備。但是，相比用於資料中心內虛擬化的標準白箱伺服器和超大規模雲設備，電信公司邊緣設備面臨嚴苛的物理和環境約束。
本文考慮設計用於解決移動邊緣計算和雲 RAN (C-RAN) 要求的新系統等級。我們討論性能要求、行業設備做法和環境。我們研究如何將高性能伺服器處理、高吞吐切換和電信級可用性與網路功能虛擬化 (NFV) 組合，用於具有邊緣聚合點基礎設施的運營。我們考察新一類電信級刀片伺服器，透過使用 Intel® Xeon® 處理器 D-1500 產品系列實現此類解決方案。我們還介紹產生的 NFV 平台如何簡化核心虛擬網路功能 (VNF) 在網路中任意位置的部署。
在 RAN 虛擬化中滿足電信要求
移動運營商將 C-RAN 視為通往 5G 和 RAN 虛擬化的第一步。運營商可以使用它優化現有功能並促進在邊緣宿主新應用。在邊緣部署更多應用可以減少回程鏈路的容量和峰值流量水準，允許運營商升級無線電頻率 (RF) 和基帶資源，而不是使用回程鏈路滿足需求。
雖然 C-RAN 使用開放平台技術，但邊緣硬體的要求與標準資料中心伺服器存在很大區別。在宿主 NFV 基礎設施 (NFVI) 通道的超大規模資料中心中，冗余可減少單系統故障的臨界性。邊緣的情況則不同。基站僅宿主數個機架，或者在電信解決方案共用機架空間的情況下，宿主一個未完全填充的 NFVI 機架。任何系統故障可負面影響服務可用性和 QoE。由於這些基站經常是遠端並且無人的，維修成本高且時間長。
邊緣硬體要求通常還包括滿足電信設備標準，如美國的 NEBS。NEBS 3 級對防火、熱邊際測試、耐震動（地 震）、空氣流模式、聲極限、容錯移轉和局部運營要求、RF 輻射與容差以及測試/認證要求具有嚴格規範。
為增加支援 NFVI 快速擴展能力的複雜性，邊緣硬體必須最優利用地面空間。雖然大部分 NFV 佔用中央辦公室和資料中心的空間，但真正的機會在邊緣，遺憾的是空間、配電和冷卻系統經常受到限制。
用於 C-RAN 的電信系統
在認識到創新邊緣解決方案的需求後，電信計算平台全球製造商 Advantech 重做了電信級刀片伺服器。Advantech 的 Packetarium* XLc 是在更緊湊、通用、成本優化設計中結合類 AdvancedTCA (ATCA) 基礎設施與管理的擴展平台（圖 1）。
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Figure 1: Advantech 的 Packetarium* XLc 電信級刀片伺服器在更緊湊、通用、成本優化設計中結合類 AdvancedTCA (ATCA) 基礎設施與管理。
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此高度可縮放平台具有淺深度、直前後空氣流和僅 400 W/機架的功耗，在 400 mm 深度的 6U 電信級主機殼中提供最高計算密度。它在壁內容納多達 288 個功能強大的 Intel® Xeon® 處理器核。為行業標準 19″ 機架設計的 Packetarium XLc 部署在資料中心、中央辦公室和網路邊緣基站中。
每千瓦和平方英尺的最高計算性能
Packetarium XLc 系列的功率等級為 2.4 kW/ 主機殼和 16.8 kW/42U 機架。相比傳統電信平台 – ATCA、傳統 IT 1U 白箱伺服器對戰和超大規模資料中心中的 Open Compute Project (OCP) 方法 – Packetarium XLc 提供每千瓦和每平方英尺占地空間的最高計算密度 （圖 2）。
在此 2015 比較中，Advantech 在具有冗餘 1 Gigabit Ethernet (GbE) 控制平面、冗餘 10 GbE 資料平面和兩個冗餘雲控制節點的完整設備機架基礎上，測試 Packetarium XLc 的 NFVI 相比其他解決方案的性能。此比較使用 Intel Xeon 處理器 D-1500 產品系列 SKU 的核數乘以處理器頻率作為密度指標。此方法是適合 NFV 等高虛擬化工作負荷的指標，並去除不同平台上支援的不同處理器 SKU 的依賴性。
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Figure 2: 此圖顯示 2015 年 11 月一次比較的結果，依據 Advantech 對 Packetarium XLc 的 NFVI 相比其他三個解決方案的性能計算。比較以具有冗餘 1 Gigabit Ethernet (GbE) 控制平面、冗餘 10 GbE 資料平面和兩個冗餘雲控制節點的完整設備機架為基礎。
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功率預算基於完整機架功耗，不包括設施級配電和冷卻產生的日常開銷與損耗，因為這些往往不同。同樣，占地空間僅包括機架本身，不包括通道和支持基礎設施空間。
為網路功能虛擬化設計
電信網路的一個基本原則是分離控制與資料平台。獨立於通訊負荷控制網路要素和網路本身的功能對阻止過多用戶通訊影響透過控制平面調整網路的功能至關重要。
為電信使用而從頭打造的 Packetarium XLc 包含透過兩個獨立 Ethernet 結構分別用於控制和資料平面的內建支援。為滿足電信級 NFV 的可用性要求，兩個結構實施雙星拓撲以避免單個故障點。控制和資料平面結構與兩個冗餘交換機管理刀片連接，同時還集成以最低成本實現最大效率和密度的系統和主機殼管理功能。
電信級設計與可靠性
系統在高度通用的模組化設計中提供 99.999% 的可用性和 NEBS 3 級合規性。其高可用性功能包括：
- 具有 48VDC 饋電或 220VAC 饋電的 2+2 冗餘電源裝置 (PSU)
- 單風扇故障存活功能
- 冗餘系統管理、系統結構交換機和控制模組
- 使用現場可更換裝置 (FRU) 實現最大執行時間的可熱交換節點刀片
2+2 冗餘 AC 電源配置在每機架僅部分供電兩個回路的傳統環境中簡化部署。方案還提供相比 N+1 拓撲的更強系統可用性；一個階段的中斷不會影響系統的功率完整性。
單雙節點 Intel Xeon 處理器刀片可放入 9 個前插槽中。通用計算刀片可執行應用程式工作負荷 (VNF)，而專用雲控制節點具有協作和虛擬基礎設施管理功能。用於內容緩存的雲存儲節點和媒體及影像處理節點將在 2016 年 4 月初問世。
9 插槽中間平面將兩個交換管理模組與主機殼內的每個節點和基礎設施元件連接。冗餘方案和專用交叉介面允許交換和管理模組之間實現容錯移轉。機架級對戰支援和與 Advantech 的 Advanced Platform Management 的集成簡化整體群集管理。
10 個增強小體積係數可插拔 (SFP+) 埠提供外部資料平面連線性，2 個 SFP+ 埠實現控制平面連線性。兩個 GbE 銅埠、兩個 USB 埠和一個 RS-232 控制台提供對管理系統的可選直接存取。前連接的電纜託盤作為配件提供，簡化機架級電纜管理。
刀片背後的功率
Packetarium XLc 擴展計算性能超過 9 個 Intel Xeon 處理器刀片。雙節點 Intel Xeon 處理器刀片具有更高處理密度和更低功率尺寸，在緊湊 6U 平台中提供最多數量的強大 Intel Xeon 處理器核。對於媒體處理和內容處理需求，平台提供靈活基礎設施用於新增視頻加速硬體以提供前所未有的視頻編碼功能。
Advantech 為要求最苛刻的 NFV 工作負荷提供三個性能強大的刀片：
- MIC-8302C 單節點計算刀片，採用 Intel® Xeon® 處理器 E5-2600 v3 產品系列，最多具有 14 個核
- MIC-8304C 單節點控制刀片，採用具有 8 或 16 核的 Intel® Xeon® 處理器 D 產品系列系統晶片 (SoC)，兩個 M.2 2242 SSD，以及兩個 2.5″ SATA SSD 用於板上存儲（圖 3）
- MIC-8303C 雙節點計算刀片，可選擇 8 或 16 核 Intel Xeon 處理器 D-1500 SoC （圖 3）
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Figure 3: 圖中顯示 Advantech MIC-8303C （左）和 MIC-8304C （右）節點刀片。
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Intel Xeon 處理器 D 產品系列使後兩個刀片格外具有吸引力。這些處理器將 Intel Xeon 處理器的性能和先進智慧引入一個密集更低功率 SoC 中，允許 Packetarium XLc 提供同類最佳的計算 密度。
作為 Intel 的第 3 代 64 位 SoC，Intel Xeon 處理器 D-1500 產品系列利用行業領先的 14 nm 工藝技術解決廣泛的低功率高密度基礎設施需求。SoC 採用集成平台控制器中樞 (PCH) 技術，兩個集成 10 Gigabit Intel® Ethernet 埠，以及 19W 至 65W 的熱設計功率 (TDP)。可以執行與更強大的 Intel Xeon 處理器相同的指令集，提供從資料中心到網路邊緣的軟體一致性。
這些 SoC 在 Intel® Atom™ 處理器 C2750 SoC 基礎上前進了一大步，每節點性能提高高達 3.4 倍，預計每瓦性能提高達 1.7 倍。出色的節點性能、高達 12 MB 最後一級緩存 (LLC) 以及對最多 128 GB 高速 DDR4 記憶體的支援使 Intel Xeon 處理器 D-1500 產品系列非常適合廣泛工作負荷與應用。
一些先進的伺服器級功能包括：
- 增強可靠性、可用性和可服務性 (RAS) 功能，包括對改錯碼 (ECC) 記憶體和平台級錯誤管理與彈性的支援
- 內建硬體虛擬化，在電信公司將 NFV 擴展至網路邊緣時動態提供服務
- Intel® Advanced Encryption Standard New Instructions (Intel® AES-NI) 用於加速資料加密和解密而不影響 QoE
- 對 Intel® QuickAssist Technology 的支援，允許轉移安全協定，如來自處理器的 IPsec 以實現更大效率
擴展 NFV 超越網路邊緣用於 C-RAN 應用
Packetarium XLc 系列憑藉比 ATCA 更緊湊的顯著通用成本優化設計，為電信級刀片伺服器市場帶來新生。該平台結合 IT 和高端聯網功能以及高可用性和符合 NEBS 的設計遠離，實現可在網路中任意位置執行中央辦公室 VNF 的通用可縮放伺服器。透過基於 Intel Xeon 處理器 D-1500 產品系列的刀片，平台提供比過去緊湊 6U 平台公認更高的處理密度和更低功率尺寸。
[Basket ICON] 有關 Advantech Packetarium XLc 系列的資訊，請參見 intel.com/SD-Advantech-Pac-6009。有關 Advantech MIC-8304C 的資訊，請參見 intel.com/SD-Advantech-MIC-8304C。有關 Advantech MIC-8303C 的資訊，請參見 intel.com/SD-Advantech-MIC-8303C。
[Telecom ICON] 有關靈活、可縮放、基於標準的通訊的更多資訊，請存取 intel.com/embedded-comm
Intel® 物聯網解決方案聯盟高級成員 Advantech (intel.com/MR-advantech) 是提供受信任創新產品、服務與解決方案的領導廠商。Advantech 提供綜合系統集成、硬體、軟體、以客戶為中心的設計服務、嵌入式系統、自動化產品和全球物流支援。為電信和聯網設備製造商（TEM 和 NEM）供貨的 Advantech 提供全球通訊基礎設施賴以生存的使命關鍵型 硬體。