fbpx

Tăng tốc mạng dựa trên FPGA áp dụng cho công nghệ phân chia mạng 5G

Công nghệ phân chia mạng 5G (Network Slicing)

Phân chia mạng không phải là một ý tưởng mới nhưng đang có tầm quan trọng lớn hơn khi các dịch vụ 5G triển khai trên khắp thế giới. Phân chia mạng cung cấp một cơ sở hạ tầng vật lý duy nhất để hỗ trợ nhiều mạng “logic” hoặc “ảo”. Ngoài ra, việc phân chia mạng cho phép một mạng gần như trông giống như các mạng chuyên dụng riêng biệt – mỗi mạng có các khả năng riêng từ góc độ băng thông, độ trễ, khả năng phục hồi, quyền riêng tư, bảo mật và cách ly. Các nhà khai thác mạng có thể phân vùng mạng cho những người dùng hoặc “người thuê” khác nhau để ghép băng thông và dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng.

Việc phân chia mạng được thực hiện vì nhiều lý do – cơ bản nhất là cung cấp một bộ tài nguyên chuyên dụng được đảm bảo cho khách hàng hoặc ứng dụng. Các tài nguyên này có thể đơn giản như cách ly với những người khác đến các bộ phận phức tạp hơn để đảm bảo thông lượng cho mỗi khách hàng, thời gian hoạt động được đảm bảo hoặc vận chuyển có độ trễ thấp.

Mặc dù quan trọng trong nhiều lớp phủ mạng ảo, việc phân chia mạng đặc biệt thú vị trong trường hợp của 5G vì các ứng dụng khác nhau sẽ sử dụng cơ sở hạ tầng này để vận chuyển và các yêu cầu vốn có trong các dịch vụ đa dạng này trên 5G. Công nghệ và dịch vụ 5G sẽ cho phép các trường hợp sử dụng chưa từng có trước đây qua mạng di động.

Truy cập Internet tại nhà, IoT và băng thông rộng di động đều có các yêu cầu rất khác nhau từ góc độ mạng. Để truy cập Internet đơn giản hoặc băng thông rộng di động, khách hàng sẽ yêu cầu thời gian hoạt động được đảm bảo và lượng thông lượng được đảm bảo. Mặt khác, đối với IoT, các nhà cung cấp mạng sẽ cần các lát mạng yêu cầu thông lượng thấp hơn, nhưng độ trễ cực thấp để giao tiếp giữa cảm biến với cảm biến ở biên mạng để hỗ trợ hàng triệu điểm cuối, vị trí cảm biến và các luồng tồn tại trong thời gian ngắn. Các trường hợp sử dụng ứng dụng khác có thể mang tính chất giao dịch, trong đó người thuê muốn “dial up” hoặc “dial down” tài nguyên mạng của họ dựa trên thời gian trong ngày, ra mắt sản phẩm, sự kiện hoặc vô số các vấn đề động khác liên quan đến kinh doanh. Phân chia mạng hiệu quả làm cho tất cả các trường hợp này có thể thực hiện được.

Khả năng thích ứng của mạng – khả năng của hệ thống tự thay đổi một cách linh hoạt và hiệu quả dựa trên các độ co dãn – đi đôi với việc phân chia mạng. Phân chia mạng cho phép khả năng thích ứng bằng cách khắc các tài nguyên vào các mạng riêng lẻ, mỗi mạng được điều khiển riêng lẻ. Mỗi mạng “ảo” này có thể được sửa đổi ngay lập tức để thay đổi đường dẫn của chúng thông qua các phần tử mạng vật lý và thay đổi các đặc điểm dự phòng và / hoặc yêu cầu hiệu suất cho mỗi người thuê. Khả năng thích ứng được cung cấp thông qua các lát mạng ảo là chìa khóa để làm cho việc phân chia mạng trở thành một kỹ thuật hiệu quả để hỗ trợ các thỏa thuận mức dịch vụ, yêu cầu ứng dụng và cấu hình bảo mật khác nhau.

Yêu cầu đối với quản lý mạng

Tăng tốc mạng dựa trên FPGA dùng cho công nghệ phân chia mạng 5G

Tuy nhiên, câu hỏi làm thế nào để quản lý một mạng ở một mức độ chi tiết như thế này phải được xem xét. Các nhà khai thác mạng chỉ đơn giản là không thể quản lý quy mô lớn và bề rộng của cơ sở hạ tầng của họ trên cơ sở từng thiết bị. Các phần mạng, theo định nghĩa, là các cấu trúc end-to-end trải dài các phần di động và vật lý của mạng kết nối nút không dây với nút không dây, với cơ sở hạ tầng biên và với đám mây hoặc Internet rộng hơn.

Mức độ kết nối này yêu cầu điều khiển theo chương trình của tất cả các tài nguyên này một cách liền mạch bất kể vị trí thực của thiết bị mạng. Quản trị viên yêu cầu một cái nhìn tổng thể vào toàn bộ mạng từ một vị trí hợp lý duy nhất để “quan sát mọi thứ” và thay đổi toàn bộ hành vi của mạng từ một điểm tiếp xúc. Có vô số kỹ thuật và công nghệ đang tồn tại và đang phát triển cho phép bản chất năng động cần thiết để quản lý, giám sát và bảo mật một môi trường mạng được xác định rõ ràng.

Trong khi các mục tiêu đáng ngưỡng mộ, tầm nhìn về sự đơn giản trong vận hành và tổng chi phí sở hữu thấp hơn đáng kể trong khi vẫn duy trì hiệu suất vẫn là một giấc mơ ở phía trước. Các nhà khai thác đã nhận ra rằng để mở rộng các ứng dụng trong mạng ảo hóa 5G nhằm đáp ứng các mục tiêu về hiệu suất, họ sẽ cần một mô hình xử lý dữ liệu mới để thực hiện các yêu cầu mà các ứng dụng 5G đặt ra trên cơ sở hạ tầng mạng.

Xử lý ứng dụng, đảm bảo QoS mạng, độ trễ, bảo mật, mã hóa / giải mã, xử lý luồng và giám sát mạng đều khác nhau từ góc độ khối lượng công việc. Các khối lượng công việc khác nhau yêu cầu các chiến lược xử lý khác nhau. Để hỗ trợ các yêu cầu mạng của việc phân chia mạng trong môi trường ảo hóa, chúng ta phải xem xét các giải pháp từ một góc độ khác.

Tăng tốc dữ liệu

Để mở rộng quy mô các chức năng mạng ảo hóa (VNF) nhằm đáp ứng các mục tiêu hiệu suất và cung cấp việc phân chia mạng một cách minh bạch, các nhà khai thác cần triển khai tăng tốc mặt phẳng dữ liệu dựa trên SmartNIC dựa trên FPGA. Kỹ thuật này giảm tải các bộ xử lý x86 đang lưu trữ các ứng dụng khác nhau để hỗ trợ phạm vi dịch vụ đã hứa.

Theo định nghĩa, chức năng được yêu cầu bởi phân chia mạng 5G là network-centric. Các khối lượng công việc mạng và bảo mật này là triển vọng kém cho các kiến ​​trúc có mục đích chung. Các khối lượng công việc khác nhau nên được xử lý trên đúng loại bộ xử lý tại đúng vị trí. Giải pháp kiến ​​trúc đã được chứng minh này kết hợp chặt chẽ các bộ xử lý đa năng và các SmartNIC dựa trên FPGA theo kiểu khối lượng công việc cụ thể. Kiến trúc sử dụng tính toán mục đích chung để xử lý ứng dụng và tận dụng các SmartNIC để xử lý mặt phẳng dữ liệu và bảo mật. Kỹ thuật này làm giảm bớt khối lượng công việc liên quan đến mặt phẳng dữ liệu từ các CPU để sử dụng đầy đủ tất cả các tài nguyên và hỗ trợ các ứng dụng 5G có thể kiếm tiền.

SmartNIC dựa trên FPGA có thể định cấu hình phần mềm chuyên về các chức năng như chuyển mạch ảo, phân loại luồng, lọc, cân bằng tải thông minh, QoS và mã hóa / giải mã, tất cả đều có thể được thực hiện trong SmartNIC và giảm tải từ bộ xử lý chứa các ứng dụng 5G. Với các công nghệ như VirtIO, các chức năng này có thể minh bạch với ứng dụng và cung cấp một lớp quản lý và điều phối chung cho cấu trúc mạng để phân chia mạng. Việc kết hợp các SmartNIC dựa trên FPGA với bộ xử lý x86 hoặc ARM cho mục đích chung cho phép các nhà khai thác nhận ra tầm nhìn mà 5G và phân chia mạng hứa hẹn.

Kích hoạt 5G

Vượt qua những thách thức của việc triển khai ảo hóa 5G yêu cầu phân chia mạng có nghĩa là sử dụng các nền tảng điện toán có thể cấu hình lại dựa trên SmartNIC dựa trên FPGA và các máy chủ tiêu chuẩn. Các máy chủ tăng tốc này sẽ có khả năng giảm tải và tăng tốc khối lượng công việc đòi hỏi nhiều tính toán – theo mô hình nội tuyến hoặc mô hình nhìn sang một bên. Điều này sẽ phân phối phù hợp khối lượng công việc giữa các bộ xử lý đa năng và các SmartNIC dựa trên FPGA, có thể cấu hình lại phần mềm, được tối ưu hóa cho các môi trường ảo hóa.

Thông tin về các Tác giả

Daniel Proch phụ trách quản lý Sản phẩm tại Napatech. Vai trò của ông bao gồm chiến lược công nghệ, kiến ​​trúc mạng, lập kế hoạch phần cứng và phần mềm. Ông có 20 năm kinh nghiệm trong ngành bao gồm quản lý sản phẩm, văn phòng CTO, lập kế hoạch chiến lược và kỹ thuật trong các vai trò trước đây tại Netronome, Ericsson, Marconi và FORE Systems. Daniel có bằng kỹ sư và viễn thông của Đại học Carnegie Mellon và Đại học Pittsburgh.

– Daniel Proch, Phó chủ tịch, Quản lý sản phẩm, Napatech

Tham khảo: FPGA-based network acceleration for 5G network slicing

Facebook Comments
Chia sẻ với bạn bè

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *