Hướng tiếp cận DPDK trong tối ưu hiệu năng xử lý gói tin trên hệ thống gNodeB 5G

Bài viết giới thiệu một hướng tiếp cận mới, trong đó nền tảng Data Plane Development KIT (DPDK) được sử dụng kết hợp với phương pháp xử lý gói tin truyền thống để giải quyết vấn đề tồn tại về tải xử lý cao và giới hạn băng thông trong mạng truy nhập của hệ thống 5G.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hướng tiếp cận DPDK trong tối ưu hiệu năng xử lý gói tin trên hệ thống gNodeB 5G Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Hướng tiếp cận DPDK trong tối ưu hiệu năng xử lý gói tin trên hệ thống gNodeB 5G Tăng Thiên Vũ*, Nguyễn Văn Thành, Nguyễn Chí Kiên, Lý Nguyễn Hoàng Phúc, Phạm Xuân Trà, Bùi Việt Hùng, Vũ Tuấn Đức Dự án trạm thu phát sóng 5G, Dự án 5G gNodeB - Tổng công ty Công nghiệp Công nghệ cao Viettel Email: vutt6@viettel.com.vn Tóm tắt — Để đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao về lưu (Control Plane) và Mặt phẳng người dùng UP (User Plane). lượng dữ liệu người dùng, sự tăng nhanh về số lượng người Mặt phẳng UP yêu cầu rất cao về tốc độ xử lý và lưu lượng dùng và đa dạng các loại hình dịch vụ, hệ thống mạng di động gói tin, trong đó mặt phẳng CP yêu cầu nhiêu hơn về độ thế hệ thứ 5 (5G) gặp phải giới hạn ở bài toán xử lý số lượng phức tạp của các giao thức báo hiệu. gói tin lớn ở tốc đô cao. Các phương án tiếp cận truyền thống cho thấy các nhược điểm về băng thông thấp cũng như tải cao Xử lý gói tin trong theo phương pháp truyền thống trong tại các lõi xử lý CPU. Ở bài báo này chúng tôi giới thiệu một hệ thống 5G gNodeB sử dụng các kỹ thuật gửi nhận Socket hướng tiếp cận mới, trong đó nền tảng Data Plane API (Application Programming Interface). Socket API với Development KIT (DPDK) được sử dụng kết hợp với phương nền tảng là Linux Kernel Network Stack cung cấp một tập pháp xử lý gói tin truyền thống để giải quyết vấn đề tồn tại về hợp rất nhiều các giao thức mạng, hỗ trợ hiệu quả cho giao tải xử lý cao và giới hạn băng thông trong mạng truy nhập của diện CP. Cũng chính vì việc hỗ trợ nhiều giao thức ở nhiều hệ thống 5G. tầng (stack) cộng thêm sử dụng cơ chế truyền thông ngắt (interrupt-driven) dẫn đến đối với mặt phẳng UP, cách tiếp Keywords- DPDK, xử lý gói tin, trạm thu phát sóng 5G, NG- cận sử dụng socket này lộ rõ điểm yếu về tốc độ xử lý gói RAN, gNodeB. tin cũng như tải xử lý của bộ xử lý trung tâm CPU I. GIỚI THIỆU (Central Processing Unit). DPDK không hoạt động giống với một network stack, việc giữ cho quá trình xử lý đơn giản Kiến trúc mạng di động thế hệ thứ 5 (5G) được chia kết hợp với áp dụng các kỹ thuật như Poll Mode Driver và thành ba thành phần chính như trong Hình 1, gồm: Mạng lõi quản lý bộ nhớ theo dạng Huge-page giúp DPDK xử lý gói (Core Network), Mạng truyền dẫn (Transportation tin hiệu quả hơn so với phương pháp Socket API. Network) và Mạng truy cập (Radio Access Network – RAN) [2]. Mạng 5G hỗ trợ ba loại dịch vụ cơ bản, đó là: enhanced Mobile Broadband (eMBB), massive Machine Type Communications (mMTC) và Ultra-Reliable and Low Latency Communications (URLLC). Để đáp ứng được những yêu cầu của các loại dịch vụ này, chuẩn 5G định nghĩa về giao diện thế hệ mới cho Mạng truy nhập RAN, gọi là NG - Next Generation RAN. Trạm thu phát sóng 5G Hình 2. Kết nối của các khối bên trong 5G-RAN sử dụng thiết kết NG-RAN được gọi là gNodeB. Trong bài báo này, chúng tôi sẽ mô tả cách tiếp cận mới, gNodeB được cấu thành từ ba thành phần chính như trong đó sử dụng kết hợp công nghệ DPDK và Socket API trong Hình 2, gồm: CU (Central Unit), DU (Distributed để giải quyết vấn đề giới hạn về băng thông xử lý của mặt Unit) và RU (Radio Unit). Trong đó kết nối giữa gNodeB phẳng UP trong gNodeB. Phần còn lại của bài báo được tổ và Mạng truyền dẫn là kết nối backhaul, cung cấp kết nối thành ba phần lớn. Phần II cung cấp thông tin về cách tiếp giữa CU và Mạng lõi. Kết nối giữa CU và các DU được gọi cận hiện tại, mô tả về hướng tiếp cận mới sử dụng DPDK là midhaul, kết nối DU và RU là fronthaul. cho các kết nối backhaul và midhaul. Phần III là tổng hợp các kết quả thử nghiệm kỹ thuật DPDK trong hệ thống 5G mà chúng tôi đã đạt được. Cuối cùng, phần kết luận bài báo được thể hiện trong mục IV. II. DPDK TRONG XỬ LÝ GÓI TIN TRONG 5G GNODEB Hình 1. Mô hình mạng di động thế hệ thứ 5 - 5G A. Cách tiếp cận truyền thống – Socket API cho gNodeB Các kết nối backhaul, midhaul và fronthaul được chia Hình 3 mô tả kiến trúc của giao diện backhaul và thành các mặt phẳng, gồm: Mặt phẳng điều khiển CP midhaul trên trong gNodeB. Trong đó ở đường backhaul, ISBN 978-604-80-5958-3 226 Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) các cổng socket được mở để truyền nhận dữ liệu tuyến lên tiếp nhận được dữ liệu. Chi tiết hơn về kiến trúc của DPDK (uplink) và tuyến xuống (downlink). Tương tự ở đường có thể tìm thấy tại [6]. midhaul, các cổng socket được mở trên giao diện lo - loopback (một giao diện mạng đặc biệt trong hệ điều hành ...