OLT内置刀片技术白皮书.pdf

2 3 OL T 内置刀片技术白皮书1 概述 OL T 内置刀片的应用场景 OL T 内置刀片的设计理念 中兴通讯 TITAN 内置刀片介绍 内置刀片的典型应用 展望 云化机顶盒 vSTB 应用 Access CDN 应用 MEC 应用 1 2 3 4 5 6 4 4 5 6 8 13 8 10 12 目 录 图 4.1 TITAN 内置刀片安装示意图 图 4.2 内置刀片原理示意图 图 4.3 内置刀片管理架构图 图 5.1 vSTB 解决方案示意图 图 5.2 vSTB 部署位置选择示意图 图 5.3 PON 网络高收敛特性示意图 图 5.4 某城市 IPTV 内容热度统计示意图 图 5.5 OL T 内置 A-CDN 解决方案示意图 图 5.6 MEC 涉及的 VNF&APP 部署于 AO NFVI 示意图 6 6 7 8 9 10 11 11 122 3 概述 接入网络 NFV(Network Function Virtualization) 化和边缘计算下沉到接入层，都需要接入机房引入 计算存储资源，形成支撑边缘网络云和边缘业务云的基础设施。但接入机房 DC(Data Center) 化改造存 在数量多、投资大、周期长、改造困难等问题。在 NFV 和边缘计算预期收益不确定的情况下，运营商有 时候不愿意先期投入巨资进行接入机房改造。事实上，边缘 DC 的建设也存在同样的问题，实际部署和 建设进展比较缓慢。 因此，接入机房如何引入计算存储资源，可以结合机房条件和业务需求，因地制宜、循序渐进，有 别于 IDC(Internet Data Center) 的方式进行建设。接入机房采用设备内置刀片的建设方式，可以在无需 改造机房的条件下按需引入计算存储资源， 支撑接入网络 NFV 化和高带宽、 低延时边缘计算业务的开展， 是一种切合实际的遵循业务驱动的可行思路，也得到了运营商的认可。 同 时，IT 技 术 的 发 展， 尤 其 是 低 功 耗 SoC CPU(System on Chip Central Processing Unit) 和 SSD(Solid State Disk) 固态硬盘技术的飞速发展，使得融合、分布式、嵌入式计算存储基础设施成为未 来一大发展方向。OL T(Optical Line Terminal) 作为接入机房重要的接入设备，引入内置刀片符合这种 技术发展趋势。 014 5 采用内置刀片支持视频类加速应用， 主要目的有二，一是利用 PON 接入的高带宽、 就近服务、 低时延、 低丢包等特性， 可以有效提升视频类业务的用户质量体验；其次是有效卸载流量，节约上层网络带宽，降低网络开销。 采用内置刀片支持固网接入类 VNF(Virtual Network Function)，可以在原有主网络路径上局部提供网络虚拟化功能， 不增加业务流量的路径跳数，既保证了网络传输性能，又简化了 QoS(Quality of Service) 部署的复杂性。同时，也减轻上 游边缘数据中心的流量。 在固移融合应用场景下，采用内置刀片支持 MEC 相关的 VNF 与固网接入类 VNF 类似，可以有效保证网络性能和业务 流量传输 QoS，减轻边缘数据中心压力。 大流量、低延时的视频业务加速应用，如 Access CDN、视 频 Cache、TCP(Transmission Control Protocol) 加速等。 1 固网接入 VNF 应用：vSTB(virtual Set-Top-Box)、 vRG(virtual Residential Gateway)、BNG-U(Broadband Network Gateway User plane)、 vFW(virtual Firewall) 等。 2 边缘 MEC(Mobile Edge Computing) 应用：本地缓存和 分流、节能管理、智慧围栏、室内定位和导航、信息服务 管理等。 3 根据实际业务发展需求，OL T 内置刀片目前主要聚焦于三类应用： OLT内置刀片应用场景 OL T 内置刀片采用英特尔虚拟技术。英特尔虚拟技术（Intel VT）是一个不断增长的技术和功能组合，可通过消除性能开 销和提升安全性使得虚拟化切实可行。英特尔虚拟技术（Intel VT）为虚拟化软件提供硬件辅助，减少其规模、成本和复 杂性，还特别注意减少缓存、IO 和内存的虚拟化开销。在过去十年左右，相当数量的管理程序供应商、解决方案开发商和 用户已启用英特尔虚拟技术（Intel VT），为消费、企业、云、通信、技术计算以及更多领域的广泛客户提供服务。 1 2 3 加载轻量化：内置刀片可以插入到 OL T 的机框中，有效利用 OL T 已有资源，无须额外的机房空间占用。内置刀片相 比独立刀片服务器具备更小的功耗和更方便的安装灵活性。同时内置刀片采用一些新的技术应用，如轻量化的 SoC CPU，SSD 硬盘等，具备更好的转发性能、更强的 I/O 存储能力，以及更宽泛的环境温度适应性。 配置灵活化：由于内置刀片采用线卡的设计理念，其使用可类似 PON(Passive Optical Network) 业务线卡进行灵活配 置和插拔， 同时刀片部件可灵活配置， 比如内存、 硬盘等， 多板卡协同扩展存储容量， 根据网络应用需要进行线形扩展， 并可作为不同的应用来加载不同的软件，实现不同的轻量级功能。 管理独立化：内置刀片可以和其插入的载体 OL T 设备分开管理。 OL T 作为网络设备由 EMS(Element Management System) 管理，内置刀片由 PIM(Physical Infrastructure Manager) 系统管理，通过 PIM 纳入符合 ETSI NFVI(Network Function Virtualization Infrastructure) 的整体管理体系，实现管理配置自动化。硬件设计上，内置刀片具备独立于 OL T 的带宽管理通道和带内管理通道。 OL T 内置刀片的设计理念包括三个方面： OLT内置刀片的设计理念 02 036 7 图 4.2 内置刀片原理示意图 1 块内置刀片占用任意 2 个业务槽位，安装在中兴 通讯新一代光接入平台 TITAN 的机框里，内置刀片 具备如下特性： 内置刀片不仅有效利用 OL T 的机框、供电、散热等资 源， 而且还与 OL T 之间配有网络连接， 可以实现相互通信。 内置刀片主要由 CPU、内存、SSD 硬盘和接口模块等器件 有机连接，CPU 主要完成一般计算功能，内存和 SSD 硬盘 完成视频数据存储和缓存，接口模块可通过编程完成高性 能的网络转发处理。内置刀片还具备独立的面板出口，包 括管理网口、数据网口、显示、USB 等接口，能够独立连 接 PIM 管理系统和其他 NFVI 基础设施。 OLT ETH Built-in Blade SSD Hard Disk Intel 16-Core SoC CPU Accelerator Crossbar Fabric PON ETH Interface Module Other Interfaces Service Orchestra ti on SDN Controller APP Manager MANO VNFM VIM PIM VNF Linux OS Accelerator&SSD EC-APPs Linux OS Accelerator&SSD OLT ETH Built-in Blade SSD Hard Disk Intel 16-Core SoC CPU Accelerator Crossbar Fabric PON ETH Interface Module Other Interfaces Service Orchestra ti on SDN Controller APP Manager MANO VNFM VIM PIM VNF Linux OS Accelerator&SSD EC-APPs Linux OS Accelerator&SSD OL T 内置刀片采用新的 Intel Xeon D 处理器。Intel Xeon D 处理器提供英特尔突破性的数据中心处理器架构，针 对灵活、可扩展和高密度的网络、存储和云边缘计算解决方案进行了尺寸外形优化。它将 Intel Xeon 可扩展平台的架构 创新带到 SoC 处理器，实现低功耗、高密度的解决方案，融合基本的网络、安全和加速能力。软件可编程平台支持强大的 虚拟化功能，通过灵活的设计实现低时延的高带宽能力，在空间和功率受限环境中实现多样化的方案和业务部署。设计创 新提供从数据中心到边缘的无缝方案扩展。Intel Xeon D 处理器集成了新的英特尔高级矢量扩展 512 (Intel AVX-512)， 为高级分析、 计算密集型应用、 密码和数据压缩提供工作负荷优化性能并增加吞吐量。 增强型 Intel QuickAssist 技术 (Intel QAT) 作为集成选项可提供基于芯片组的硬件加速，速率高达 100Gbps，以应对不断增加的的密码、加密和解密负荷，实 现更高的效率，同时为服务器、存储和网络设施提供增强传输和保护。 16 核 SoC Intel CPU，256GB 内存。 采用 SSD 硬盘，容量 15T。 支持独立远程 IPMI(Intelligent Platform Management Interface) 管理。 单内置刀片最大功耗小于 200W。 1 2 3 4 图 4.1 TITAN 内置刀片安装示意图 中兴通讯TITAN内置刀片介绍 图 4.3 内置刀片管理架构图 内置刀片管理与 OL T 管理分开。内置刀片 的硬件管理（含 BIOS）由外部 PIM 承担，上层 软件管理由运行在上面的 VNF /APP 的相应管理 系统承担。刀片管理通过 PIM 系统融入整体业务 编排，支持业务发放和配置管理自动化。刀片采 用容器版 Linux OS，支持轻量级虚拟化，避免 VM(Virtual Machine) 级虚拟化的过重开销。 Built-in Blade Control PON/ETH 048 9 随着宽带网络的高速发展和用户个性化视频播放的需求增长，同时加上运营商的大力推广和普及，视频业务已经成为 的网络的基本业务。但是，在视频业务快速发展的同时，随着用户对视频体验的要求提高和各种附着于机顶盒的增值业务 的开通，对机顶盒的软、硬件要求越来越高。机顶盒的更新换代不仅投资代价高，而且工程问题多。同时，因为机顶盒型 号多，硬件能力差异大，导致适配困难、新业务上线慢等一系列问题。 在这种情况下，vS TB 解决方案应运而生。在 vS TB 方案中，vS TB 运行于接入机房的服务器，完成业务处理和 UI(User Interface) 处理， 并把界面转化成视频流形式下发 pSTB(physical STB) ； pSTB 接受 vSTB 的视频码流进行解码播放， 呈现 UI 界面和视频内容播放。这样 pSTB 只需保留视频编解码和 I/O 接口能力即可，无需太强的 CPU、内存、Flash 能力。 vSTB 方案可以有效屏蔽不同厂家的 STB 差异，同时利于新业务的统一发放和部署，并可大幅度降低 TCO，因此得到了运 营商的欢迎。 采用大视频瀑布流 UI 界面，平均流量可达 6Mbps，端到端时延要求也从几百毫秒提高到几十毫秒。因此，从延时改 善和流量卸载角度看，vSTB 选择部署于 OL T 内置刀片具备极大优势。即通过计算下沉换网络带宽的方式，在不需要大幅 升级改造汇聚核心网络的情况下，按需便捷部署 vSTB 方案。 图 5.1 vSTB 解决方案示意图 内置刀片的典型应用 根据测试和实验验证，每块内置刀片可支持 1000 以上并发 vSTB 同时在线。vSTB 利用 NFV 技术将大视频业务在云 端处理，降低了对 STB 要求，屏蔽了不同 STB 厂家和型号差异，有效延长在网 STB 的生命周期，降低建设成本。结合 TITAN 内置刀片部署云化 STB，方案部署更加快捷，带宽利用更加高效，业务体验更有保证。 图 5.2 vSTB 部署位置选择示意图 OLT Splitter ONU STB BRAS/SR Origin Server MiddleWare Access STB Manager vSTB Node CR Metro Core 510ms, 1000M per subscriber 1020ms, 6M per subscriber 2050ms, 3M per subscriber vSTB Node Cloud Platform Media Stream Signaling Unicast:HLS, VP9,HEVC Multicast: rtsp, udp User Input Video or Image pSTB vSTB Application Engine Transcoder Stream Engine DRM Bridge EPG APP Linear TV Video OLT Splitter ONU STB BRAS/SR Origin Server MiddleWare Access STB Manager vSTB Node CR Metro Core 510ms, 1000M per subscriber 1020ms, 6M per subscriber 2050ms, 3M per subscriber vSTB Node Cloud Platform Media Stream Signaling Unicast:HLS, VP9,HEVC Multicast: rtsp, udp User Input Video or Image pSTB vSTB Application Engine Transcoder Stream Engine DRM Bridge EPG APP Linear TV Video 云化机顶盒vSTB应用 05