無線產業的目標是在2020年啟動新一代“5G”網絡的大規模部署。該網絡的宏偉目標是滿足高于LTE/LTE-A標準的日益增加的性能要求（延遲、吞吐量），同時降低網絡成本（資本支出/運營支出），并提高網絡敏捷性，以快速交付新服務。網絡靈活性對于支持網絡運營商開發現有語音和數據業務之外的新商業模式至關重要。新一代無線網絡（例如LTE-A和5G）的一個特點將是異構網絡部署模式，傳統的宏蜂窩基站模式上將添加小型蜂窩（家庭基站、微微基站、微基站）部署，另一個特點是可同時支持成百上千個扇區的大型集中系統。與此同時，我們預計多種接入技術（即WiFi和LTE）將共存，并以協調一致的方式工作。網絡設備供應商面臨的一個挑戰是支持這些廣泛的系統，并盡量減少軟件和硬件架構變更。

　　SDN和NFV概念提供了定義嚴格的可擴展的軟件平臺，能夠幫助應對這一挑戰。該平臺可用作接入網開發的基準。SDN和NFV有望優化容量，充分利用了這兩個概念的云計算技術已經證明了這一點。然而，為了實現所需的系統延遲和吞吐量性能，仍然有許多挑戰需要解決。

　　vBTS，接入平臺愿景

　　網絡功能虛擬化（NFV）概念是指提供一個標準化軟件開發平臺，可在該平臺上執行和管理不同的網絡服務功能。這樣能夠將軟件創新周期與運行軟件的計算平臺分離開。將該平臺標準化為通用處理器（GPP）和標準接口，這樣網絡設備變成了軟件應用，任何人都能夠進行開發，不再限定到特定的硬件平臺。虛擬化是支持此概念的關鍵模塊之一，它支持保護、資源分區和故障隔離，特別是允許在多廠商環境下獨立開發和執行不同的網絡設備，這些網絡設備無需彼此感知。

　　把NFV概念應用到無線接入網（RAN）與將其應用到無數網絡應用所帶來的好處類似：

　　? 前所未有的敏捷性可降低服務成本，并提高服務速度。ETSI NFV MANO和Openstack計劃可在標準化協調、自動指配和VNF/VM/vBTS生命周期管理方面發揮重要作用。

　　? 通過虛擬化將硬件和軟件進行抽象和分離，可提高服務創新水平。ETSI INF和SWA計劃（包括與ONF和ODL/ONOS SDN計劃結合實施）旨在通過服務嵌入和鏈接實現服務的快速提升。

　　? 借助虛擬化容器（即VNF/vBTS）提高服務品質和可靠性。ETSI NFV REL、SEC和OPNFV 計劃關注虛擬化可以帶來哪些好處，為應用開發人員提供定義嚴格的沙盒，防止破壞和/或對其他軟件實例構成威脅，從而限制了應用崩潰/重啟/不法行為對執行應用的虛擬機范圍的影響。這種限制與虛擬租戶的增長日益關聯，SoC的內核、節點中的虛擬機、更大的管道等都會促使虛擬租戶的增長。

　　? 可擴展性和敏捷性。將硬件與軟件分離，實現硬件獨立性，不僅可以支持擴展，還能夠快速適應新平臺。

　　舉例來說，開放網絡基金會 （ONF）所定義的軟件定義網絡（SDN）是將控制平面（CP）和數據平面（DP）的運行分離開。從軟件/API的角度將這些組件分離，這樣它們可以運行在不同的硬件中，無論在物理上共址還是分離，也無論是非虛擬化還是虛擬化，如果是虛擬化的情況，則還可以運用NFV概念。它支持網絡的全系統視圖/控制，還為多廠商環境提供標準化的控制機制，允許運營商控制網絡行為和功能集。

　　早在21世紀初，隨著網絡處理器的出現便產生了CP/DP分離的概念，CP/DP API標準化的概念通過網絡處理器論壇（NPF） 等計劃得到了廣泛傳播。在這一點上有一個值得探究的問題：“人們為什么要明確采用SDN？”。部分原因是SDN允許將標準的、與應用無關且通常是分布式的控制替換為集中的且在各種標準和應用都可通用的控制。這意味著SDN對于能夠從集中控制中受益并有志于開發應用專用控制軟件的實體來說非常重要。

　　動機通常是為了簡化網絡管理，但現在連管理也變得依網絡而變了，SDN于是在控制平面和數據平面之間提供了一個接口，將網絡展露給網絡應用開發人員。

　　OpenFlowTM是開放網絡基金會（ONF）推動的SDN標準化工具，此概念與SDN密切關聯。OpenFlow定義（目前）在DP中執行切換功能的L2與更高層的CP功能之間的API級接口，支持DP控制和監控的分離。OpenFlow概念定義了專用DP組件，支持“某些功能最好在網絡處理器等優化的硬件平臺上執行”這一觀點。OpenFlow概念根據SDN原理引入了CP集中化，允許CP遷移到遠程（集中式/云）環境。

　　LTE基站中通過SDN實現標準化的主要候選組件是S1/X2接口（基站回程）。目前與該接口有關的L2/L3功能（以太網、QoS、IP/IPSec等）的實現都向系統供應商提供專用的API。管理多個系統供應商提供的不斷發展的API效率很不高，使網絡管理變得更加復雜。通過SDN支持的標準化控制可實現回程聯網自動化。

　　SDN是一款有用的工具，特別是在演進HetNet型部署場景中，在不同代的產品和多個系統供應商間演進非統一的回程。

　　挑戰

　　現有的基站實施方案主要依靠供應商的專有軟件，這些軟件在通用處理器（Power Architecture?、ARM?、MIPS執行L2/L3堆棧）和專用硬件加速/信號處理器（執行L1堆棧以及L2/L3分流）均執行。L2/L3進程在專有RTO或Linux?上執行，并具有適當的實時擴展（如 PREEMPT_RT）。之所以采用區隔硬件和軟件的方法，是因為3GPP/LTE面臨許多挑戰，要在NFV環境下解決。具體而言：

　　? 延遲（實時行為）和性能（保持吞吐量）對于LTE至關重要

　　? 需要將硬件加速（用于性能/效率）整合到NFV環境中

　　虛擬化基站

　　考慮到上述挑戰，下面介紹了一個實用的SDN/NFV開發平臺方法，以虛擬基站（vBTS）作為虛擬接入平臺（vAccess）的一個應用為例子進行說明。

　　飛思卡爾創建vBTS開發平臺所用的關鍵平臺硬件組件包括：

　　? GPP服務器平臺托管處理棧的實時和非實時組件。

　　? 智能網絡接口卡（iNIC）。iNIC框架可滿足存儲、安全性、深層數據包檢測（DPI）、防火墻、廣域網（WAN）優化和應用交付計算 （ADC）等融合數據中心應用對智能網絡加速和應用分流的需求。

　　? L1加速器。我們使用獨立的L1加速器，它通過以太網連接至L2/L3棧。L1加速器包含“translator”代理，該代理通過物理連接轉發標準化的消息接口（FAPI）。飛思卡爾提供一系列L1加速設備，從低端到高端一應俱全。

　　vBTS開發平臺

　　飛思卡爾正在開發原型虛擬化平臺，將其作為基于NFV的應用的開發平臺。目的是提供所有必要的硬件和軟件組件來創建可開發任何應用的基礎設施。虛擬化無線基站應用作為原型，展示無需執行特定的系統分區便能應對定時和性能挑戰。該平臺雖然以基站應用為示例，但也面向其他應用（例如通用接入平臺等）。

　　關鍵軟件組件包括：

　　? KVM-QEMU管理程序。飛思卡爾SDK支持通過Linux容器（即專有的1型管理程序（Topaz）和網絡功能虛擬化用的KVM管理程序）來實現虛擬化。飛思卡爾SDK用于電路板啟動和OpenStack組件的安裝，如Nova-API、Neutron Agent、OpenVSwitch等，將飛思卡爾GPP平臺用作OpenStack 安裝的計算節點。

　　? PREEMPT_RT。延遲要求針對一些非常具體的軟件分區目標?！癓2” 應用需要排列優先次序，以便在不到1ms的TTI邊界內啟動。這樣就會限制多個需要在同一個TTI邊界上啟動的基站應用對CPU資源的共享。另外，這還需要應用啟動時間有界/有保證的最大值。Linux的PREEMPT_RT補丁的目的是為Linux應用的實時運行提供支持，假設該應用使用Linux服務的子集。一些應用，如基站堆棧的虛擬化L2，多年來已證明能夠在非虛擬化環境下利用PREEMPT_RT實時執行。

　　? NFVI Acceleration （NFVIxl）。如前所述，NFVIxl iNIC應用將VMM網絡從托管VNF（如vBTS）的網絡節點的通用處理器內核進行分流，從而減少了NFV中引入的VMM虛擬化層的性能影響。

　　? OpenStack云協調。OpenStack是一個開源云計算平臺，適用于公共云和私有云，它便于部署，可進行大規模擴展，并具有豐富的功能。該技術包含一系列相互關聯的項目，為云基礎設施解決方案提供各種組件，如下所示。如需了解更多有關OpenStack的信息，請參閱飛思卡爾應用說明AN4646。

　　無線接入平臺配置工具套件

　　OpenStack控制器和計算節點的相關代理能夠提高或降低vBTS VM。OpenStack可擴展，能夠添加其他組件，實現應用配置和管理。無線接入平臺配置工具套件是一款參考工具套件，基于OpenStack控制器開發創建，可配置/指配L1和vBTS VM應用。此外，它還包含一些運行在vBTS和L1設備上的其他軟件組件（代理）。該工具套件提供兩個主要優勢：一是自動化L1設備與vBTS VM的映射，二是配置L1設備和vBTS VM的應用。

　　結語

　　SDN和NFV概念已確定了一系列優勢，但由于存在一些技術挑戰（主要與延遲和性能有關），因此目前在網絡接入平臺上的部署卻比較有限。作為RAN各方面（從傳輸/控制、L2/L1直到射頻）的市場領導者，飛思卡爾擁有獨特的優勢，能夠幫助系統供應商分析和實施vBTS系統。新一代接入網開發平臺旨在證明應對技術挑戰的解決方案，并快速啟動客戶的系統開發。
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