在网络功能虚拟化中保持“低能耗”

概述
随着服务供应商从传统的先进电信计算平台 (ATCA) 和专有物理尺寸及规格转向网络功能虚拟化 (NFV) 架构，对于功耗的重视仍旧处于主导地位。虽然使用普通处理器类型环境具有特定的便利性优势，仍然有方法将功耗保持在最高技术水平。根据这篇文章中给出的分析，通过部署HP Proliant m800微卡，在满足NFV架构要求的同时，有可能减少电信中心局的功耗。这款微卡服务器是通用语音处理的理想选择，特别是对于语音转码应用更是如此。

关键因素—语音编码
为了符合终端用户应用编码标准，语音转码在目前的网络中很常见。如今的网络采用了很多的语音编码标准。这些编码算法在称为"编解码器"的软件中执行。历史上来看，不同的蜂窝网络供应商根据他们所采用的技术会使用不同的编码标准。在北美洲，CDMA网络中使用的是EVRC，而诸如AMR编解码器被用在WCDMA或3GPP网络中。固定网络也已经开发出了属于自已的编码标准，而OTT供应商也已经推出了全新的编解码器标准。更新一代的编解码器提供高清 (HD) 语音功能，并且可升级至覆盖整个语音保真要求的范围。每个编解码器标准系列有其自身的迁移路径。虽然某些编解码器能够实现特定数量的网络互连，而其它编解码器需要复杂转码过程来实现两个终端用户间的通信。

如今，主要有两种转码解决方案供操作人员选择。第一种解决方案是使用基于数字信号处理器 (DSP) 的ATCA规范标准或专有规格。这个方法的优点在于，它提供了一种可以满足高密度要求的可升级、低功率解决方案。然而，它不适于所需的NFV环境。这种情况下，一种可能的解决方案就是使转码功能独立于主要应用（SBC、PBX、VoLTE等）之外，并且认可这项功能在NFV环境之外执行。

在载波网络中进行转码的第二种常见解决方案是SoftDSP解决方案。这个解决方案具有完全位于NFV环境内的优点；然而，它的成本很高，而我也会在后面文章中讨论其功率损耗。此外，较高的转码需求缩放也是一个主要问题。

虽然某些编解码器能够实现特定数量的网络互连，而其它编解码器需要复杂转码过程来实现两个终端用户间的通信。

HP MoonShot简介
Proliant m800微卡服务器引入了一款全新的替代方法，并且在两方面均达到最佳功能。不难预见，m800微卡将融入未来的NFV标准中。这将提供载波所要求的灵活性和部署简便性。此外，作为m800微卡的计算引擎，TI KeyStone II片上系统(SoC)提供低功率、低成本、高密度转码解决方案所需的DSP处理能力。

系统架构师根据功率与密度来设计他们的产品，因此，一个主要的考虑因素是基本语音转码标准测试，以确定一个指定的解决方案能否支持一定数量的VoIP转码通道（对话）。这个计量单位通常为兆赫 (MHz)。例如，如果一个指定的编解码器需要10MHz进行编码，并且处理器的运行频率为1GHz，那么，100个编解码器请求将使处理器性能最大化。在一款保守设计中，请求的数量被限制在80，或者限制某些系统级性能。

标准测试不言自明
为了将m800与基于最新、高性能的SoftDSP技术相比较，CouthIT和HP公司已经完成了语音转码标准测试。这些标准测试在HP MoonShot微卡内执行，从而提供真正的同类比较。m800微卡内组装有德州仪器 (TI) 制造的4个KeyStone II 66AK2Hx SoC。Proliant m710微卡基于1.8GHz的Intel Xeon E3-1284L v3 CPU，并用于此次的标准测试。在总结这些标准测试时，我们将考虑一种涉及EVRC-B和GSM-AMR的可能转码情况，并比较SoftDSP与TI c66x DSP解决方案的性能。下面图1中显示的是，在一个载波转码网关中，有可能实现这个连接的最少载波要求。实际上，其中将会用到多个网关，而这也进一步突出了功率敏感解决方案的重要性。此外，有可能有需要更高MHz值的其它编解码器转码对。

图1：VoIP媒体网关理念

为了进行恰当的比较，我们需要了解两个编解码器的内核所需要的MHz值。图2中给出了SoftDSP和C66x处理器的EVRC-B和GSM-AMR所需要的这些数值。

图2：MHz要求

方程式中的下一块内容是内核的数量，以及将进行比较的器件可用的MHz值。转码应用非常适用于多核环境。在对于编码和解码有同样要求时，不需要在多个内核（或线程）之间划分任务。需要注意的重要一点是均衡负载，这样的话，任一特定内核都不会出现过载的情况。这就需要考虑一个VoIP转码框架，而这也超出了本文的范围。图3提供了针对增强模式的高性能SoftDSP环境中，以及包含8个C66x DSP内核，连同4个ARM Cortex-A15内核的TI SoC的基本单器件处理能力。

图3：器件级性能

下一个比较基本为电路板级或微卡级上的比较。图4显示的是标准COTS规格中的微卡级比较。

图4：COTS外形尺寸

下面的表1给出了每个解决方案转码密度的微卡级比较。这个表格显示了基于m800 DSP的微卡的巨大优势。

表1：COTS级密度比较

我们可以将这个分析更进一步，假定HP MoonShot机箱已用SoftDSP技术达到了最大处理能力。在这个情况下，可以支持19208个对话。只需10个m800微卡即可实现同样的转码要求。如果一个Moonshot机箱上插满了45个m800微卡，那么可以支持90372个对话。这将需要5个支持SoftDSP技术的Moonshot机箱来支持同样数量的对话。

节电
前面的分析也对电信中央局功耗产生了重大的影响。两个微卡的大约功率均为70W，所以，采用SoftDSP解决方案的满Moonshot机箱功率大约为3.15KW，而等效的m800解决方案的功率值大约为700W。未来，我们的标准测试工作将有可能把注意力放在解决方案的总体成本方面。

目前的语音转码解决方案中所需要的转码功能要远远简单于本文中所测试的转码功能。很多其它特性包含于每条"通道"中。例如，音调检测、音调生成、舒适白噪声插入、传真，以及很多其它特性。每一种功能都要消耗一定数量的MHz。此外，还需要算法来均衡现有资源上的负载，并实现总体应用的升级。使用m800解决方案的另外一个优势就是每个器件内有4个ARM Cortex-A15内核。这样，每个m800微卡内预留了16GHz（每个机箱预留720GHz），而这并未计入本次标准测试比较中。文中讨论的很多VoIP特性可在这些内核中执行，从而创建出满载波级解决方案。为了符合真实网络中的应用要求，SoftDSP解决方案需要增加额外的微卡（机箱）。

DSP的价值
目前市面上的很多VoIP转码软件解决方案是基于TI DSP的。elnfochip目前以m800微卡所采用的设计理念运行，而这一理念可被载波或网络设备供应商用来进行转码解决方案原型设计。此外，还有很多的TI软件合作伙伴，以及网络设备供应商用C66x DSP内核来执行软件。对于那些希望开发属于自己的解决方案的用户，ENEA为电信专用程序提供了一个丰富的开发环境。最后，TI网站上也提供了大量的资源。在网站上可免费下载多核软件开发套件 (MCSDK)、语音库组件、以及很多语音编解码器。

在相当长的时间里，由于本文中所讨论的原因， DSP技术被用来满足载波转码的需求。近些年，为了充分利用NFV的许多优势，用户已经开始转向SoftDSP技术。随着针对HP Moonshot的m800微卡的推出，DSP技术将继续降低载波的功耗与成本。

如需了解更多内容，并开始着手削减功率要求，请与您当地的TI或HP销售团队联系。