Между телекомуникационните оператори и тяхната екосистема от доставчици се постигна консенсус. Бъдещето на проектирането и развитието на телекомуникационните мрежи ще бъде изградено върху съвременните технологии за програмиране, известни като cloud.
По-старият подход на хардуерни уреди, осъществяващи широки телекомуникационни функции, не може да се разшири достатъчно. Обещаният облачен подход за виртуализация на мрежовите функции (NFV) се оказа по-труден за изпълнение, отколкото всички се надяваха.
Една дискусия на Световния конгрес на SDN NFV през октомври миналата година даде добър поглед върху състоянието на телекомуникациите и предизвикателствата на местните cloud структури. Ние едва сега започваме работа с 5G мрежи, работещи върху реална cloud инфраструктура.
Традиционни телеком мрежи
Телекомуникационните мрежи са много различни от компютърните мрежи, с които ИТ специалистите са запознати.
Тези мрежи използват същия седем слоен OSI модел като корпоративни мрежи, но мрежовата архитектура е сложна и специфична за телекомуникациите. Това не трябва да е изненадващо, тъй като тяхната физическа архитектура и приложения са много по-различни. Органът по стандартите, който определя архитектурата на 4G и 5G, е 3GPP. Проект за партньорство на трето поколение – 3-то, защото организацията е създадена за определяне на 3G архитектурата, известна като GSM.
Мрежовите функции се дефинират от 3GPP частично, така че мрежовите оператори да могат да купуват продукти от различни доставчици . След това да ги комбинират правилно. По този начин операторите на телекомуникационни мрежи работят по-скоро като системни интегратори, отколкото конвенционалните доставчици на cloud услуги.
Броят на такива доставчици винаги е бил малък, а огромните инвестиции, свързани с изграждането и закупуването на сложните устройства, обезкуражиха нови участници на пазара.
Високата надеждност кара телекомуникационните оператори да използват консервативни, отнемащи време процедури, преди да направят някаква промяна в мрежата. Дори малките проекти често отнемат месеци.
При съществуващите мрежи капацитетът и характеристиките на мрежата са статични. Увеличаването на временен капацитет за специално събитие, като пазаруване по празниците или спортно събитие, е сложна и скъпа операция.
Нуждата от 5G
5G мрежите имат изисквания, на които старите мрежи не могат да отговорят. Те са изградени в йерархия, където ядрото държеше по-голямата част от изчислителните и съхранетелните ресурси. 5G мрежа е компресирана, а изчисленията и съхранението са избутани възможно най-близо до точката за доставка на услугата. 5G обхваща всичко core to edge.
Тези мрежи трябва да поддържат висока честотна лента и ниска латентност, като същевременно имат способността да увеличават мащаба нагоре и надолу, за да отговорят на променящите се нужди и трябва да се интегрират с корпоративен Wi-Fi. Индустрията знае ограниченията на настоящия си подход и вече почти 10 години работи за справянето с тях.
Планът е мрежите да бъдат преместени към cloud архитектура, като мрежовите функции да са реализирани от софтуер, използващ NFV. Функциите на виртуалната мрежа са само софтуер, работещ на конвенционални сървъри. Това прави разпределянето на новата виртуална машина в облака за изпълнение на VNF евтино и бързо в сравнение с работата с хардуер. Облачният модел също така позволява на оператора да разпредели нов капацитет за мрежови комуникации и приложения, както в мрежовото ядро, така и в edge.
В началото на миналото десетилетие повечето наблюдатели биха предположили, че досега много големи мрежи ще работят с изцяло NFV модел, но това не се случи по този начин. Процесът се оказа бавен, труден и скъп.
Част от проблема с NFV подхода е, че виртуалните машини са сравнително скъпи като единица мащаб и планирането на капацитет е все още сложно. Те са сравнително бавни за инстанциране и е трудно да бъдат поддържани напълно заети – да не говорим, че им липсва гъвкавост, когато става въпрос за предоставяне на широк спектър от услуги в edge.
Контейнери
Нов модел на програмиране, обхващащ света на облачните разработки, изглежда е по-добър подход за телекомуникациите. Контейнерите са специален вид лека среда, която има имена и списък от процеси, изолирани от всички останали. Почти всички разработки и операции на контейнери са на Linux, където първо се появяват основните функции, върху които са изградени контейнерите. Контейнерът консумира далеч по-малко CPU и памет, отколкото пълна виртуална машина. Освен това може да бъде инстанциран и разместен по-бързо. Контейнерите могат да комуникират помежду си само чрез добре дефинирани механизми.
Индустрията научи много, като се опита да внедри NFV. Въпреки че NFV може да функционира правилно, на практика се оказа трудно да се постигнат целите за мащаб, икономичност и гъвкавост на модела. Изглежда контейнерите са по-добър начин за постигане на тези цели и тяхната способност за това е демонстрирана в големите интернет облаци.
Изолиране на контейнери
Изолирането на контейнери един от друг има още едно предимство: Популярните програмни среди и библиотеките за поддръжка понякога влизат в конфликт при работа на една и същат операционна система, но контейнерите предотвратяват този проблем. Същото се отнася и за виртуалните машини, но с много по-големи режийни разходи. Класическият пример е възможността да се изпълняват различни версии на Python или някаква друга програмна среда. Следователно приложения, които изискват различни версии на Python, могат да се изпълняват в контейнери на една и съща система без проблемите, които се срещат в различната среда.
В следствие, разработчиците могат да настроят контейнера да включва само софтуера, който му е необходим. Виртуалните машини неизбежно включват голяма част от софтуера, който не изпълнява никаква услуга за приложението.
Контейнерите насърчават софтуерните разработчици да създават по-прости, stateless функции. Ние наричаме тези функции микроуслуги и те са особено подходящи за облачна архитектура. Тази философия на дизайна е склонна да направи софтуера по-подвижен и надежден, както и мащабируем.
Statelessness означава липса на постоянни местни данни; контейнерът има интерфейси, които могат да се извикат отвън и които могат да върнат резултат, но след това да спрат да работят. Stateless програмите предполагат по-лесно отстраняване на грешки и консумират по-малко ресурси. Те често трябва да работят с данни и интерфейсът на контейнерите с постоянни хранилища на данни е сложен за работа.
Едно от големите предимства на stateless приложенията е, че данните са на отделно място. Например в общата среда за данни на Hewlett Packard Enterprise. Така че, ако в даден момент трябва да промените мрежовата функция, не е нужно да се притеснявате от разплитането на всички абонатни данни от собствена ви база. Просто замествате старата мрежова функция с нова (или нова версия) и я насочвате към съществуващите данни.
Cloud-базирана архитектура
Контейнерите са само една от групата разработки на софтуер и дизайн на операционни системи от последното десетилетие, които можем да обозначим като cloud-базирани. Контейнерите вероятно са последните подобни разработки, „убиецът“ на всички останали.
Компонентите и характеристиките на cloud архитектура, базирана на микроуслуги, включват:
Декларативни RESTful API, които се използват за задействане на програми навсякъде в Интернет чрез стандартни интернет протоколи.
Организиране на функции за програмиране в добре дефинирани микроуслуги, реализирани в контейнери.
Какво е DevOps?
DevOps, който представлява подход в разработката на софтуер, който интегрира програмирането, тестването, доставката и внедряването в непрекъснат процес. Други термини, използвани за него, са непрекъснато развитие, гъвкаво развитие, непрекъсната интеграция и непрекъснато внедряване. Тези методи включват много по-високо ниво на автоматизация, отколкото е възможно при по-старите технологии. Колективното въздействие на тези концепции е, че промените в софтуера могат да бъдат написани, тествани и внедрени бързо. Планирането и внедряването на нов елемент на във физическата мобилна мрежа, или дори надграждането й може да отнеме девет месеца или повече. С непрекъснатото развитие, тестване и внедряване, мобилните мрежи са в състояние да внедрява нови функции и корекции много по-често.
Предимствата на cloud подходът не идват директно от използването на софтуер с отворен код, въпреки, че използването на отворен код за основните му функции прави cloud езика по-привлекателен за разработчиците. Това прави отвореният код препоръчителен за cloud системите.
Организацията и другите методи за автоматизация на системите и управление на ресурсите са сред често срещаните характеристики на приложенията в cloud. Те улесняват интеграцията на ядрото и edge на мобилната мрежа.
Почти всички cloud решения използват масови софтуерни компоненти, като например:
Ø Linux – асд като операционна система
Ø Docker – за основното управление на контейнерите
Ø Kubernetes – за оркестрация на контейнери
Ø GitHub – за разработка и внедряване
С преминаването на инфраструктурата от скъп, нишов хардуер към cloud архитектура и инструменти, които да се използват от разработчиците, които работят за cloud на Amazon, Microsoft и Google по целия свят. Така мобилните мрежи ще получат достъп до голям басейн от таланти.
Фондацията cloud изчисления (CNCF) е създадена от организацията с нестопанска цел Linux, „с цел превръщането на cloud изчисленията в масови“. Cloud-native все още не е стандарт, но CNCF пое ръководна роля в насърчаването на развитието на cloud технологии и тяхното използване в приложения. Много големи компании в индустрията, включително HPE, участват активно в CNCF.
Една по-гъвкъва мрежа
5G мрежата ще се основава на service-based архитектура (SBA). Тя се състои от софтуерни услуги, които се рекламират и могат да се абонират за други услуги. Друга цел на 5G е да премине от протоколни връзки в стил telco между мрежовите функции. Специфичните интерфейси, дефинирани твърдо в спецификацията, вече няма да ограничават мрежовите разработчици. Те могат да се свързват с нови мрежови функции, използвайки софтуерни методи и инструменти. Те са често срещани в облачната разработка. Един пример е подмяната на протоколите SS7 (сигнална система 7) и диаметър за настройка на разговорите и други функции със стандарт на интернет HTTP2.
Когато част от мрежата се премести от хардуер към роден в облак софтуер, новата гъвкавост в системата ще даде възможност за нови функции в мрежовите функции. Нарязването на мрежата например позволява на telco да създава виртуални копия на мрежата с различни характеристики. Човек може например да изгради различна мрежа, която да се справи с нуждите на интелигентните измервателни апарати спрямо автономното шофиране, като се имат предвид много различни нужди от честотна лента и закъснение.
По-безопасна и евтина мрежа
Софтуерно базирана телекомуникационна мрежа, изградена с cloud архитектура, има много предимства по отношение на разходите и риска пред по-старите дизайни. Пример за такова е способността за стартиране на стандартен сървър и мрежов хардуер. Това намалява както разходите за разработка, така и поддръжката. Друго предимство е преминаването от специализирани инструменти и експертиза към стандартни инструменти и техники, доказани в мащаб на Интернет през последното десетилетие.
Спецификата на SBA също така служи за намаляване на риска. Тя позволява поправки и надстройки на много ниско ниво. Преди се е налагало да влияе на критичния и много скъп хардуер. Поради гъвкавостта на мрежата и използването на стандартен за индустрията хардуер, тестването на промените в мрежата може да се извършва непрекъснато. Това става с автоматизирани инструменти, а не чрез предварително планиране на ограничени ресурси.
Кога ще дойде бъдещето?
Cloud архитектури със сигурност ще подобрят гъвкавостта на телекомуникационната мрежа и потребителското изживяване в edge, но да се стигането до там няма да е бърз процес. Разработката и дори внедряването на контейнерната телекомуникационна мрежа и корпоративната оркестрация вече започна. Има още много работа за вършене, но мобилните оператори вече могат да започнат да разгръщат „острови“ от cloud 5G в своите мрежи, в пилотни програми за определени градове или компании.
Постиженията на мобилните носители са впечатляващи и всички разчитаме много на тях. Но съществуващите им методи не могат да обслужват нуждите на бъдещето всички го знаем. Cloud технологиите, включително DevOps и контейнерите, са начинът на телекомите да постигнат гъвкавостта и мащабът, която облачната революция внесе в IT индустрията.
Мобилни оператори, контейнери и cloud – уроци за лидер
Ø Революционните промени в технологиите все по-често идват от интелигентния софтуер.
Ø Решенията за това кога да преминете към новите технологии са от решаващо значение. Важно е да продължите да ги оценявате според вашите собствени нужди.
Ø Cloud архитектурите се поддават на по-ефективни методи за изчисляване.
