绿色未来网络 ： 虚拟化 RAN 基础设施中的计量

绿色未来网络：虚拟RAN基础设施的计量 NGMN联盟 版本:1.0 日期:04.04.2024 文件类型:最终交付物(批准) 保密类：P-公开 项目：绿色未来网络 首席编辑/提交者:SabineDemel，德国电信 Programmeoffice:克里斯·霍格，代表NGMN 批准人/日期：NGMN董事会，2024年3月28日 对于公共文件（P）： ©2024下一代移动网络联盟e.V.保留所有权利。未经NGMN联盟e.V.的事先书面许可，不得以任何形式或任何方式复制或传输本文档的任何部分。 本文档中包含的信息代表了NGMN联盟e的当前观点。V.截至发布日讨论的问题。本文件按“原样”提供，不作任何保证，包括任何适销性、不侵权或适用于任何特定目的的保证。与使用本文档中的信息有关的所有责任（包括侵犯任何财产权的责任）均不予承担。此处不授予任何知识产权的明示或暗示许可。本文档仅供参考，如有更改，恕不另行通知。 管理摘要 “绿色”在不影响性能的前提下实现能源效率和可持续性，越来越被认为是当今和未来持久成功的热门话题和先决条件。作为移动电信领域的先驱，几年前，NGMN启动了其绿色未来网络（GFN）计划，所有电信网络运营商，网络设备/基础设施供应商，学术界以及许多其他关键利益相关者都在识别，解决和不断改进相关的关键漏洞。 在这种情况下，NGMN发布了有关GFN计量的早期出版物[1]，并提出了标准化和GFN能源效率的建议[2]和[3]。上面提到的第一份报告涵盖了四个用例（UC），包括虚拟化网络功能（VNF）作为UC4。仅针对与现场设备相关的UC1至UC3提出了建议（见图1），目前正在进行标准化处理。 现在,本出版物的目的是对虚拟化网络功能(VNF)的深入分析以及相应地导出进一步的标准化建议。 事实上，虽然像ETSI和3GPP这样的标准化机构已经完全指定了作为专用设备实现的移动基站设备的计量，但对于像O-RAN这样的NG-RAN架构解决方案，仍然存在计量标准的差距，这有望为承载RAN功能部分的标准COTS硬件铺平道路。因此,本公开关注于虚拟化RAN基础设施中的性能和能量消耗的计量以及虚拟化网络功能的能量消耗的确定。进一步关注云操作模型优化已部署vRAN的性能和效率的能力。 此外，该出版物强调了DMTF发布的Redfish®模型的实施和标准化机构的考虑作为起点，并解决了测量哪些数据/参数、如何以及应遵循哪些标准的问题。 为了不超出本出版物的范围，除其他外，排除了O-RAN中讨论的有关无线电功能拆分的相关问题以及数据的用途。将来，例如，在进一步的报告中，应处理这些问题。 最后，对通过RAN提供的端到端客户服务（包括物理和虚拟化网络功能（PNF和VNF））的能效的严格看法也超出了本报告的范围。 CONTENTS 01管理概要3 02 介绍5 2.1艺术状态：我们从哪里来5 2.2价值主张 网络中的能量计量7 2.3 2.4 03在物理服务器、存储和 3.193.23.3 04 RAN体系结构范围和定义11 4.111 4.2 4.2.112 4.2.2行业解决方案13 4.3RAN的优化 部署:操作员视图14 4.4Recommendations 迈向标准化16 05运行模型中的计量和闭环优化17 06Conclusion19 07附录A：能源计量标准 和数据模型21 A.13GPP数据模型 物理网络功能(PNF)21 A.2服务器的测量基础设施22 A.3云资源测量23 08附录B：HPE的功率特性运动25 09 附录C： OPENSHIFTobservabilitystack示例 (KEPLER)实施28 10 附录D：BIOS设置： DT实验室经验29 11 附录E： 操作MODELS32 E.1Definitions32 E.2RAN共享33 12 LIST 缩写35 13Figures38 14表39 15参考文献40 16确认44 02INTRODUCTION 2.1艺术状态：我们从哪里来 随着能源消耗成为服务提供商的首要主题，包括运营成本，详细的能源消耗报告将成为电信设备的标准功能。 特定功能能量相关计量的细节将由各种电信标准定义。电信设施设备的一些盲点以前在GFN计量出版物[1]中描述过；ETSI技术委员会(TC)环境工程(EE)的工作项目正在研究给出的建议。 无线网络功能的虚拟化是RAN演进的一部分，已经在3GPP5G和O-RAN联盟规范中得到体现。移动网络运营商正在运行他们的第一个试验网络，以熟悉这项技术，并测试适合其特定市场需求的解决方案 。电信标准化机构已经在努力定义功耗指标和相关要求。 本报告分析了现有的电信标准，用于计量和确定虚拟化网络功能及其底层硬件的功耗（见图1）。 图1：基于[4]和[5]的当前出版物（“gNB拆分，例如O-RAN”）和以前的NGMN出版物[1]（“站点设备”）的范围概述 网络功能虚拟化的总体框架由ETSI行业规范组（ISG）网络功能虚拟化（NFV）标准化，除了其他功能外，NFV现在还专注于新的vRAN用例和NFV-MANO（管理和编排）框架的相关演进。其中一项改进是支持硬件和其他基础架构资源管理。 ETSINFV的第一份报告集成了物理基础设施管理（PIM）[6]，并在此基础上进一步研究了NFV[7]的能效方面。这是使运营商能够根据3GPP的定义将服务或功能效率与能量计量联系起来并且还得出虚拟化NF的能量效率的开始,而能量效率是性能与能量消耗之间的比率;可以基于e.Procedre、数据量、延迟、活跃用户数量等。[8]. 5G和未来的网络世代将成为超越典型终端消费者期望的功能的推动者（例如。Procedre，更高的速度，更好的覆盖范围），以及可以增强垂直行业通信的能力，例如公共安全，汽车，无人机，未来的工厂，物联网等。，并以这种功能在5G系统中本地可用的方式，参见[9]。 无线电（接入）网络将充当通信平台，其他服务提供商将使用它们作为CPaaS（通信平台即服务）。移动运营商和服务提供商必须确保其应用程序在所需性能、所需容量以及所消耗的能源方面高效运行。这导致需要测量和改进虚拟化网络功能和底层基础架构的性能、质量和能耗。 图2：3GPPSA6为使用5G网络作为外部服务提供商的通信平台即服务（CPaaS）提供了应用层架构[9] 2.2能源计量的价值主张网络 国际证券交易所和全球资产管理公司越来越关注公司的社会和环境影响。气候风险、劳工和人权以及透明度等问题已成为投资决策的关键因素。欧盟通过了企业可持续发展报告指令（CSRD），要求所有在欧盟开展活动的公司在其财务报表的同时提交年度可持续发展报告。国际可持续发展标准委员会（ISSB）正在制定披露标准，欧盟在2023年采用了欧洲可持续发展报告标准（ESRS），该标准应与ISSB兼容。这意味着让投资者了解他们投资的公司对可持续性的影响 。美国正在将其ESG披露从自愿报告转变为监管驱动的计划，该计划主要由美国证券交易委员会（SEC）领导。业务可持续性开始证明业务成功率。 在实现联合国可持续发展目标（SDG）中，信息和电信行业（ICT ）发挥着重要作用。越来越多的国家实施国家法律来监测和发展能源消耗，以实现更高的可持续性。计量和不断提高移动网络的能源效率对运营商来说变得非常重要。 数据中心部署及其不断增长的能源消耗已被强调为一个关键问题 [10]。欧盟发布了其计划，以解决数据中心和云基础设施，并在其他几个可持续性指标中强制性报告能源消耗，以及创建公共数据库 [11]。在这种情况下，考虑到虚拟化的网络功能，移动运营商必须具备适当的灵活性和控制力，以确保其整体能耗测量准确、精简和尽可能高效。 除了不断增加的能源成本外，移动运营商还将面临通过提高能源效率来展示其节能的挑战。在ESG范围3报告中，这种压力也将由使用电信网络作为自己业务服务的公司下放给所有服务提供商。 尽管通过具有成本效益和可持续性的移动网络上的流量显着增长，但客户体验令人满意，这使得特定于功能和与能源相关的计量对于移动运营商来说很重要。 2.3目标和目标：重点领域 当今的大多数4G网络都将所有无线电功能集中在由同一供应商提供的基带单元(BBU)和远程无线电单元(RRU)中，并且都位于相同的基站站点。在分解架构中，引入了网络功能DU（分布式单元 ）和CU（中央单元），通过F1接口的定义实现了功能的地理分布式实现（参见图3）。 网络功能(NF)可以被部署为虚拟网络功能(VNF),因此CU和DU被称为vRAN(虚拟化无线电接入网络)。3GPP规范将DU和RU(无线电单元)视为单个逻辑实体。从部署的角度来看，RU功能将在专用设备上实现，而不是基于服务器（例如Procedre，高频发生器)。在该公开中,假设RU是物理网络功能(PNF)。 图3：定义概述（RAN、vRAN、PNF和VNF） 无线电网络的使用表现出昼夜、每周和其他时间变化。对于作为VNF实现的CU和DU,虚拟机(VM)实例必须是永久可用的,而所需的资源是强烈变化的。实例化VM的持续监控和改进有助于NFV作为边缘网络的基础技术。然而，对于需要敏捷性、可扩展性和较低开销的大规模边缘部署，VM的“权重”仍然会限制VNF的效率 。 作为VNF的进化，云原生网络功能（CNF）被设计和实现为在容器内部运行，解决了VNF的一些基本限制。这种网络架构组件的容器化使得运行各种服务成为可能，并管理功能在环境中跨集群的运行方式和位置。 在开发、部署、维护和运营过程中，将网络功能进一步分解为微服务，并实现网络的全面自动化，使运营商能够应对不断增长的需求，加快部署速度并降低复杂性。 本出版物的重点领域之一在于从物理基础设施中计量功能KPI （例如Procedre、处理器、存储、内存、风扇等。)和他们的能源消耗。另一个焦点是将物理组件的能量消耗映射到VNF和CNF的能力。这可以进一步充当包括5GRAN的暴露服务的5G切片的能量消耗的基础。 2.4定义和 对关键条款的解释 网络功能 以下定义基于ETSINFV[12]、[13]和3GPP规范，与3GPP28.554[14]和3GPP28.552[15]一致： 网络功能(NF):NF是3GPP定义或采用的网络处理功能,它规定了3GPP的功能行为和接口,例如5G网络中的会话管理功能(SMF)或用户平面功能(UPF),传统上,NF运行在专用的物理节点中,导致物理网络功能(PNF)。 当前，NF可以被实现为PNF和虚拟网络功能(VNF)。为了简单起见，在本文档中只考虑完全虚拟化的NF 虚拟网络功能（VNF）：VNF是NF的软件实现，它在网络功能虚拟化基础设施（NFVI）上运行。VNF可能由一个或多个VNFC组成。请注意，ETSINFV将相同的术语VNF用于容器化部署和VM中的部署。在本文中，我们将术语CNF专门用于NF的云本地实现 虚拟网络功能组件(VNFC):VNFC是VNF的组件 网络功能虚拟化基础设施(NFVI)：构建VNF部署环境的所有硬件和软件组件的总和。它可以支持VNF的VM和/或容器化部署 虚拟机：虚拟化计算环境，其行为非常类似于物理计算机/服务器。每个VNFC都在专用虚拟机(VM)实例中运行，因此1VNFC=1VM 云原生网络功能(CNF):CNF是NF的软件实现,其传统上在物理设备上执行,但现在在云容器中运行。 计算基础设施 在计算基础设施方面，使用以下术语： 物理核心：多核CPU封装（插槽）上的单个处理核心 计算节点：作为NFVI一部分的标准商用非自行（COTS）服务器，通常是一个或两个插槽系统。计算节点和服务器可互换使用 计算实例：在公有云中，计算实例是计算节点资源的子集，包括核心、内存和存储，多个计算实例可以共享一个计算节点，代表一个虚拟机。 03在物理服务器、存储和网络组件 3.1操作员视图 传统上,移动电信设备是集成的软件和硬件实体,其性能和功率计量由来自ETSI