公有云+5G核心網(wǎng)，通信網(wǎng)絡(luò)狼來了？

近日，西班牙電信德國公司（Telefonica Germany）宣布，他們正在和愛立信、AWS 合作，準(zhǔn)備在公有云上部署愛立信提供的 5G 核心網(wǎng)（以下稱“5GC”），預(yù)計(jì)將在 2021 年商用。

消息一出，業(yè)界震動。

雖然電信業(yè)一直在講 NFV、核心網(wǎng)云化，但此前相關(guān)實(shí)踐都集中在新興運(yùn)營商和專網(wǎng)應(yīng)用上，供應(yīng)商主要是 IT 側(cè)廠商，底層硬件基本是私有云。

這是第一次有國際主流運(yùn)營商把傳統(tǒng)設(shè)備商的核心網(wǎng)部署在公有云上，創(chuàng)造了通信網(wǎng)絡(luò)云化的三個(gè)“第一”：

第一個(gè)部署云原生 5GC 的主流運(yùn)營商，第一家提供 5GC 公有云部署支持的傳統(tǒng)設(shè)備商，第一家承載規(guī)模商用 5GC 的公有云廠商。

本文將就這一事件，進(jìn)行深度分析和研判。

理想中的 5GC

3GPP 規(guī)范中的 5GC，設(shè)計(jì)之初的目標(biāo)，就是希望成為云原生應(yīng)用。

從架構(gòu)上來說，轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離的 5GC，就是一個(gè)有著云原生控制器的 SDN 網(wǎng)絡(luò)。

5GC 的系統(tǒng)架構(gòu)

控制面的 SBA 架構(gòu)，就是 IT 領(lǐng)域常講的微服務(wù)架構(gòu)。5GC 新引入的 NRF，就是微服務(wù)架構(gòu)中的注冊中心。

5GC 各服務(wù)之間的信令，采用的是 IT 領(lǐng)域通用的 http2 協(xié)議，而非此前核心網(wǎng)常用的 diameter 等專用協(xié)議。

5GC 的各個(gè)服務(wù)，在設(shè)計(jì)上就是無狀態(tài)的，因此可以隨時(shí)在服務(wù)器之間無縫遷移。

控制面采用云原生部署，而轉(zhuǎn)發(fā)面 UPF，因?yàn)楣δ芊浅我唬捎冒缀修D(zhuǎn)發(fā)設(shè)備也完全可行。

這樣的架構(gòu)設(shè)計(jì)，使 5GC 實(shí)現(xiàn)了充分解耦，支持分布式部署，從而幫助 5G 網(wǎng)絡(luò)支持兩大殺手級特性——邊緣計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)切片。

現(xiàn)實(shí)中的 5G 核心網(wǎng)

理想很美好，但現(xiàn)實(shí)往往很骨感。

目前，國內(nèi)已經(jīng)有不少省份部署了 5GC，并且承載了業(yè)務(wù)。從現(xiàn)場反饋來看，主要存在以下幾個(gè)問題：

一、通用硬件適配性不足。

某運(yùn)營商在某省部署 A 廠的 5GC，硬件方面采用 A 廠的服務(wù)器（包括虛擬化層和操作系統(tǒng)），B 廠的交換機(jī)以及 C 廠的磁盤陣列。

雖然這已經(jīng)是一個(gè)縮水版的硬件解耦（因?yàn)樽铌P(guān)鍵的服務(wù)器和中間件都是 A 廠自己的，連兩層解耦都算不上），但部署過程中還是出了一大堆問題。

其中大部分問題，都是硬件驅(qū)動的問題。雖然驅(qū)動問題是小問題，但小問題多了，就是大問題。

而之所以會有這么多小問題，歸根結(jié)底還是當(dāng)前通信產(chǎn)業(yè)鏈的開放程度不足。

反觀 IT 領(lǐng)域，一個(gè)典型 IDC 中涉及的廠商更多，所需要的驅(qū)動也更多，但異廠商不兼容的問題卻少得多。

二、未能融入云原生的生態(tài)。

從高度集成的單體架構(gòu)轉(zhuǎn)向云原生，隨著解耦的充分，必然帶來復(fù)雜度的提升。例如 Netflix 的整體 IT 架構(gòu)，就是由數(shù)千個(gè)互相依賴的微服務(wù)組成。

知名流媒體平臺 Netflix 的復(fù)雜架構(gòu)

這種新增的復(fù)雜性，需要有效的管理。

目前 5GC 開局和運(yùn)維的復(fù)雜程度被廣為詬病，一是因?yàn)檫\(yùn)營商維護(hù)人員本身技能和意識都還在轉(zhuǎn)型中，沒有從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)完全轉(zhuǎn)向云原生應(yīng)用維護(hù)。二是因?yàn)閺S商提供的核心網(wǎng)本身開放性就很差，未能和云原生領(lǐng)域成熟的全套 DevOps 工具鏈相結(jié)合，其配套的網(wǎng)管還是按傳統(tǒng)思路在做。

這就好比馬達(dá)換成了特斯拉的馬達(dá)，但整套控制系統(tǒng)還是傳統(tǒng)燃油車的，自然給運(yùn)營造成了較大困難。

三、轉(zhuǎn)發(fā)控制分離不徹底。

在 5GC 中，UPF 和控制面之間的 N4 接口是由 3GPP 定義的。但因?yàn)楦鞣N原因，N4 接口的解耦并不充分。

目前，第一批商用的 5GC 控制面和 UPF 均是同廠商，UPF 仍然是專用設(shè)備。

考慮到未來 UPF 會下沉到大量邊緣節(jié)點(diǎn)，UPF 白盒化和異廠商兼容，對運(yùn)營商來說是一個(gè)剛需。

因此，我們可以看到三大運(yùn)營商均在大力推動 N4 接口解耦，并且已經(jīng)取得了一定成果。

西班牙電信的方案

目前來看，西班牙電信和愛立信的官方消息更多是商業(yè)性質(zhì)的宣傳，對于具體的技術(shù)方案，并沒有進(jìn)行披露。

但是，AWS 今年發(fā)布的白皮書《AWS 使能 5G 演進(jìn)：構(gòu)建可擴(kuò)展、安全、可靠、高效的云原生核心與邊緣網(wǎng)絡(luò)》中，卻對相關(guān)部署方案有較為詳細(xì)的闡述。初步預(yù)計(jì)，西班牙電信的整體技術(shù)方案會以此為藍(lán)本。

從總體架構(gòu)來說，5GC 的控制面功能會承載于 AWS 區(qū)域的中心機(jī)房（AWS Region），而 UPF 以及 5G NR 的 CU 部分控制面，可以通過部署在邊緣節(jié)點(diǎn)的 AWS Outpost 承載。

AWS Outpost，是 AWS 推出的可以部署在客戶側(cè)機(jī)房的一體化機(jī)柜。

這個(gè)機(jī)柜內(nèi)部根據(jù)客戶訂單預(yù)集成了服務(wù)器和交換機(jī)，運(yùn)送到客戶機(jī)房后，連通電源和網(wǎng)絡(luò)即可使用。

盡管 Outpost 部署于客戶機(jī)房，但其本身是 AWS 公有云服務(wù)的一部分。客戶對設(shè)備本身不享有產(chǎn)權(quán)，也不負(fù)責(zé)設(shè)備的維護(hù)。

Outpost 通過專線或者 public VPN 與 AWS Region 連接，在邏輯上作為 AWS Region 的延展。

對于控制面，AWS 推薦的是 EKS（亞馬遜的托管版 K8S）承載。其在白皮書中，詳細(xì)描述了如何通過水平擴(kuò)展來應(yīng)對 5GC 的高性能需求。

而對于轉(zhuǎn)發(fā)面，AWS 推薦的是虛擬機(jī)承載（轉(zhuǎn)發(fā)能力達(dá) 100Gbps，支持 SR-IOV、DPDK 等的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實(shí)例）。

鑒于 AWS 目前采用的 Nitro 虛擬化技術(shù)，通過講虛擬化的相關(guān)負(fù)荷卸載到專用硬件板卡上，基本實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)性能等價(jià)于物理機(jī)。

因此，從性能上講，也可以看作是物理機(jī)在直接承載。

考慮到西班牙電信的業(yè)務(wù)需求，不排除用白盒交換機(jī)作為 UPF，實(shí)現(xiàn) Tbps 級別轉(zhuǎn)發(fā)（例如 Facebook 自研的白盒交換機(jī)，由 4 塊至強(qiáng) CPU 加上高性能轉(zhuǎn)發(fā) ASIC 組成，基本上等同于高性能服務(wù)器插上了 Tbps 級別的轉(zhuǎn)發(fā) ASIC，完全可以滿足 UPF 需求）。

值得注意的是，AWS 并未針對 5GC 的部署推出任何定制化產(chǎn)品，整個(gè)方案用到的組件全部是 AWS 的成熟產(chǎn)品。

這也就意味著，AWS 現(xiàn)有運(yùn)維和 DevOps 工具鏈可以完美適用于 AWS 承載的 5GC。運(yùn)維這樣的 5GC，將和運(yùn)維任何一個(gè) AWS 上的 IT 應(yīng)用一樣簡單。

在白皮書中，AWS 還專門討論了如何將其總結(jié)的云上運(yùn)維最佳實(shí)踐框架應(yīng)用于 5GC 運(yùn)維。從相關(guān)內(nèi)容看，在 AWS 眼中，5GC 作為一個(gè)云原生應(yīng)用和其它云原生應(yīng)用的共性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于特性。

目前，AWS 和運(yùn)營商合作的 MEC 產(chǎn)品 Wavelength，已經(jīng)在多地試商用，為 MEC 應(yīng)用的開發(fā)者提供和在 AWS Region 上進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)相一致的體驗(yàn)和工具鏈。

如果西班牙電信此次真的能把 5GC 放在 AWS 上，它的 5G 行業(yè)解決方案將取得巨大的規(guī)模優(yōu)勢。

步履蹣跚的網(wǎng)絡(luò)云化

網(wǎng)絡(luò)云化已經(jīng)提出很多年了。

通信行業(yè)一直在說 NFV 和 SDN，5G 在相關(guān)技術(shù)架構(gòu)上也基本體現(xiàn)了云原生的設(shè)計(jì)理念。但即使是各大廠商交付的最新 5GC 設(shè)備，對云原生的支持和其本身的開放程度仍然不足。

在筆者看來，這無外乎三個(gè)原因：

一、即得利益者對改革的抵觸非常大。

進(jìn)一步說，就是以四大設(shè)備商為首的力量，非?？咕芫W(wǎng)絡(luò)云化導(dǎo)致的生態(tài)開放趨勢。畢竟要論利潤率，肯定還是封閉最好。

當(dāng)然，面對潮流，大家也不能全然無動于衷。

目前的形勢，是在傳統(tǒng)領(lǐng)域?qū)嵙υ饺醯钠髽I(yè)，改革的步伐越大。

例如諾基亞，目前應(yīng)該是四巨頭里面唯一一個(gè)把基站前傳的 eCPRI 接口都開放給運(yùn)營商的設(shè)備商，好像也是最早在 5G 基站芯片中推廣 FPGA 的設(shè)備商。

可惜，早走一步是先驅(qū)，早走兩步就成了烈士。因?yàn)?FPGA 的性能和成本問題，諾基亞產(chǎn)品性價(jià)比落后，最終導(dǎo)致股價(jià)大跌。

愛立信相對在技術(shù)路線上比較穩(wěn)健，但最近也在加快向云原生演進(jìn)。

這次愛立信愿意配合把產(chǎn)品部署在公有云上，也說明了他的態(tài)度。

至于無線領(lǐng)域當(dāng)之無愧的大哥，一直以性能和成本為由批判云原生理念，繼續(xù)推銷自己不解耦或者假解耦的方案，以此來全方位服（suo）務(wù)（ding）客戶。

二、整個(gè)行業(yè)對網(wǎng)絡(luò)云化認(rèn)識仍然不到位。

很多人說運(yùn)營商的員工技能不行，無法勝任云原生網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維。

但其實(shí)更重要的是態(tài)度問題。

IT 的技能并不比傳統(tǒng)通信更復(fù)雜，只要愿意學(xué)，轉(zhuǎn)型不是問題。問題在于很多人壓根就不認(rèn)為云原生代表未來，認(rèn)為還是高度耦合的一體化方案性能好，其他都是吹牛。

歐美運(yùn)營商解決這個(gè)問題的方案比較粗暴。比如 AT&T，就是全員學(xué)習(xí)，然后年紀(jì)大不學(xué)習(xí)的員工裁掉。我國運(yùn)營商相對來說比較溫和，主要還是以鼓勵內(nèi)部學(xué)習(xí)和人員自然迭代為主。

三、泛政治化帶來的陰影。

目前，除了思科還在無線市場占有一定份額之外，美國已經(jīng)沒有無線設(shè)備商了。

為了實(shí)現(xiàn) MAGA（Make America Great Again）的愿景和打壓華為，美國政府出面鼓吹 open-RAN 的同時(shí)，又把全球無線設(shè)備最大的生產(chǎn)國和消費(fèi)國——中國排斥在外。

這樣既人為割裂了技術(shù)社區(qū)，也給技術(shù)選型強(qiáng)加了政治因素。從長遠(yuǎn)上看，對網(wǎng)絡(luò)云化的發(fā)展負(fù)面影響是相當(dāng)大的。

結(jié)語

沉舟側(cè)畔千帆過，病樹前頭萬木春。

核心網(wǎng)的云化是大勢所趨，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)都在朝這個(gè)方向發(fā)展。

幾日前，阿里巴巴 XG 實(shí)驗(yàn)室和浙江聯(lián)通合作的 5G 輕量級核心網(wǎng)，在浙江舟山港落地。這也是一個(gè)強(qiáng)烈的信號，不僅國外的競爭對手會行動，國內(nèi)的廠商也不會錯(cuò)過網(wǎng)絡(luò)云化的機(jī)會。

相信隨著 5G 建設(shè)的不斷深入，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)會誕生更多的網(wǎng)絡(luò)云化需求。核心網(wǎng)的市場格局，將發(fā)生翻天覆地的變化！?