可编程的5G试验平台

　　5G/B5G网络技术的兴起不仅推动了“万物互联”，也催生了“人机物三元融合”的新型业务场景，这类业务产的海量数据需要在互联网上进行高效稳定传输和处理计算，为网络数据平面带来前所未有的挑战。前瞻实验室通过开展5G新型网络技术研究与试验, 基于数据包计算理论和异构协同加速关键技术，采用商用5G基站、商用/开源5G核心网、可编程交换机等，在中科院信息化大厦4层构建了可编程5G试验平台，支撑5G/B5G关键技术研究，以及超高清视频、AR/VR等新兴业务测量和5G核心网关键网元优化创新。

图1  5G试验平台逻辑图

图2  5G试验平台实物图

　　1．5G网络中新型业务测量

　　工信部《“十四五”信息通信行业发展规划》指出,十四五期间我国将全面推进5G网络建设,丰富超高清视频、AR/VR等新型多媒体内容源。超高清视频、AR/VR这类技术一方面能够为行业创新和社会治理提供了新工具、新要素、新场景，推动经济社会各领域的深刻变革，但另一方面其对网络的带宽、时延需求也持续提高。因此，前瞻实验室基于5G试验平台，对超高清视频、360度全景视频、AR/VR等新型应用传输行为进行测量，通过深入测量网络传输特性，全面精准刻画流量业务特征，为相关应用的优化和网络传输的提升提供丰富的理论支持。

　　2．5G核心网关键网元优化创新

　　数据包是数据和信息在网络上传输的载体，数据包查找转发是网络传输设备的核心操作也是制约网络传输性能的瓶颈。5G虽然大幅提升了无线侧空口传输的能力，但基站、核心网等关键设备和组件的处理能力和效率依然受限于数据包查找转发的性能，成为5G/B5G网络的性能瓶颈。为提升5G核心网用户面UPF网元的性能，应对当前超高带宽需求、海量规则处理、网络动态变化等网络新需求与新挑战，前瞻实验室持续深耕于数据包查找转发算法优化和体系结果创新。一方面基于人工智能等新兴技术创新软件算法数据结构和查找流程；另一方面进行查找架构的创新，提出高通量动态数据包计算，将网络服务拆解为数据包计算单元，建立包计算原语模型，基于异构平台提升计算性能并实现灵活编排。图3中是利用可编程交换机实现5G核心网UPF的GTP协议解析和IP查找转发功能有硬件卸载的系统架构示例，该架构已和商用基站对接完成功能验证测试，相关模块工作正常。

图3 可编程交换机实现5G核心网UPF卸载

　　此外，该架构在包围测试环境中，实现了模拟多用户100G数据数据传输，且上下行带宽均可达到100G标准。

图4 包围测试示意图

　　可编程5G试验平台目前主要服务于国家重点研发计划项目“支撑5G/B5G 巨连接、大流量、低时延快速演进的新型网络技术研究与试验（2019YFB1802800）”，已向所有项目承担单位开放使用。此外，相关关键技术的研究也获得了国家自然科学基金、中科院基础培育以及企业合作项目的资助，已产出4篇学术论文，获1项发明专利授权。