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5G作為新一代信息通信技術(shù)領(lǐng)域的引領(lǐng)性技術(shù)，成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、全面構(gòu)建數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的強(qiáng)大推動(dòng)力。

近幾年，5G與交通、電力、醫(yī)療及工業(yè)制造相結(jié)合，涌現(xiàn)出一批又一批優(yōu)秀的案例。但是，由于資源異構(gòu)、設(shè)備分布廣、資源碎片化等特點(diǎn)，傳統(tǒng)云計(jì)算解決方案在應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)局限性越來(lái)越明顯，如何針對(duì)行業(yè)客戶(hù)建設(shè)更加高效、靈活、彈性、敏捷、健壯、智能的網(wǎng)絡(luò)，是5G與垂直行業(yè)應(yīng)用結(jié)合面臨的新課題。

隨著云計(jì)算的發(fā)展進(jìn)入成熟期，以資源優(yōu)化轉(zhuǎn)向效能提升成為突出特點(diǎn)，云原生成為下一代云計(jì)算的技術(shù)“內(nèi)核”。云原生以其毫秒級(jí)的彈性響應(yīng)、高度的服務(wù)自治故障自愈能力、可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源標(biāo)準(zhǔn)化、具備大規(guī)模復(fù)制能力，在促進(jìn)5G行業(yè)應(yīng)用中突顯了巨大的價(jià)值。

云原生發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

近幾年云原生技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期，已被更多的企業(yè)和用戶(hù)引入到軟件開(kāi)發(fā)中。圍繞云原生的關(guān)鍵技術(shù)趨向于多元化發(fā)展，可概括為兩個(gè)方面：一是云原生底層技術(shù)，主要包括云原生服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)及容器技術(shù);二是云原生編排與管理，主要包括云原生消息隊(duì)列、服務(wù)網(wǎng)格(Service Mesh)、無(wú)服務(wù)器架構(gòu)技術(shù)及云原生調(diào)度系統(tǒng)。

云原生底層技術(shù)

隨著云原生技術(shù)被更多的企業(yè)應(yīng)用，越來(lái)越多的互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、消息隊(duì)列等企業(yè)有狀態(tài)核心應(yīng)用逐步遷移到云原生平臺(tái)，以適應(yīng)時(shí)延、吞吐量及穩(wěn)定性的要求。云原生存儲(chǔ)是指通過(guò)整合多種云存儲(chǔ)形態(tài)，完整匹配 Kubernetes 環(huán)境下的存儲(chǔ)聲明機(jī)制，提升存儲(chǔ)的質(zhì)量、穩(wěn)定性及安全等能力，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的存儲(chǔ)使用需求的新型存儲(chǔ)解決方案。

首先，隨著容器云原生技術(shù)快速發(fā)展，Docker容器和宿主機(jī)共享內(nèi)核的特點(diǎn)導(dǎo)致了Docker容器逃逸問(wèn)題變得嚴(yán)峻。為解決普通容器由于內(nèi)核Bug引發(fā)容器逃逸，安全容器通過(guò)添加隔離層，給進(jìn)程分配了一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)內(nèi)核，從而避免了讓容器共享宿主機(jī)的內(nèi)核。

其次，為了解決傳統(tǒng)應(yīng)用遷移到FaaS平臺(tái)面臨的函數(shù)拆分及遷移成本問(wèn)題，Serverless容器脫穎而出，Serverless容器可以支持進(jìn)程常駐的服務(wù)形態(tài)，不限運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，并擴(kuò)大Serverless的應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，Serverless容器在免運(yùn)維的純托管模式、以實(shí)際資源用量計(jì)費(fèi)及秒級(jí)彈性伸縮響應(yīng)等方面均進(jìn)行了加強(qiáng)。

再次，在裸金屬服務(wù)器上搭建容器服務(wù)成為一些對(duì)性能和實(shí)例隔離性要求較高用戶(hù)的選擇。

最后，為了進(jìn)一步提高容器負(fù)載性能和穩(wěn)定性，一些非業(yè)務(wù)負(fù)載組件也逐步由專(zhuān)門(mén)的卸載硬件來(lái)承載，這也促進(jìn)了云原生服務(wù)器、云原生存儲(chǔ)及云原生網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

此外，為進(jìn)一步解決客戶(hù)對(duì)高性能計(jì)算的強(qiáng)要求，云原生服務(wù)器應(yīng)運(yùn)而生，它既具備了物理機(jī)的性能優(yōu)勢(shì)，又具備了云服務(wù)器的管理能力。

云原生編排與管理

編排和管理層的工具可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和彈性伸縮，基于此云原生應(yīng)用程序天然具有可擴(kuò)展性。其中，服務(wù)網(wǎng)格是一個(gè)用于管理、觀測(cè)、支持工作負(fù)載實(shí)例之間安全通信的管理層。服務(wù)網(wǎng)格使服務(wù)治理與業(yè)務(wù)邏輯解耦，可實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的統(tǒng)一治理。

服務(wù)網(wǎng)格相對(duì)于傳統(tǒng)微服務(wù)框架擁有較多優(yōu)勢(shì)：一是超強(qiáng)的通信線(xiàn)路數(shù)據(jù)觀察性;二是“面向目的地”的流量控制能力;三是微服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)安全特性。

無(wú)服務(wù)器是一種架構(gòu)理念，其核心思想是將提供服務(wù)資源的基礎(chǔ)設(shè)施抽象成各種服務(wù)，以API接口的方式供給用戶(hù)按需調(diào)用，真正做到按需伸縮、按使用收費(fèi)。

云原生在5G中的應(yīng)用探索

云計(jì)算技術(shù)已應(yīng)用于現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，包括基于OpenStack平臺(tái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元虛擬化和快速部署，基于開(kāi)放的編排標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)資源編排。但這些能力對(duì)于 5G 網(wǎng)絡(luò)愿景來(lái)說(shuō)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未夠，例如分鐘級(jí)的網(wǎng)絡(luò)能力部署和變更要求、與云計(jì)算主流的容器管理平臺(tái)Kubernetes的互操作等。在ETSI、NGMN等機(jī)構(gòu)發(fā)布的5G白皮書(shū)上，通信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商都提出了引入云原生技術(shù)到5G網(wǎng)絡(luò)中以實(shí)現(xiàn)其愿景。

云原生在邊緣計(jì)算中應(yīng)用

邊緣計(jì)算加速了5G在各行各業(yè)的應(yīng)用，不僅滿(mǎn)足了海量終端對(duì)高算力的需求，也滿(mǎn)足了以智能駕駛、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的低時(shí)延應(yīng)用場(chǎng)景需求。然而，與云計(jì)算相比較，邊緣計(jì)算具有資源分布廣、異構(gòu)性高、多碎片等特征，對(duì)算網(wǎng)協(xié)同的資源管控能力提出了更高的要求，傳統(tǒng)的云計(jì)算解決方案難以應(yīng)對(duì)邊緣計(jì)算復(fù)雜性、不確定性、高動(dòng)態(tài)性的需求，而將云原生應(yīng)用拓展至邊緣計(jì)算平臺(tái)可以更好地助力5G落地千行百業(yè)。

在邊緣計(jì)算平臺(tái)引入容器化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)底層物理計(jì)算資源的抽象與軟件化，滿(mǎn)足邊緣計(jì)算的資源協(xié)同、應(yīng)用管理協(xié)同、智能協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同以及輕量化的發(fā)展需求。

容器技術(shù)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的容器格式和容器倉(cāng)庫(kù)，可為邊緣計(jì)算提供標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用分發(fā)，打造統(tǒng)一的容器控制面接口，滿(mǎn)足邊緣計(jì)算豐富的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。同時(shí)，邊緣計(jì)算借助云原生技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)“云-邊-端”一體化的應(yīng)用分發(fā)，滿(mǎn)足邊緣計(jì)算海量設(shè)備大規(guī)模應(yīng)用分發(fā)的能力。

此外，邊緣計(jì)算與容器技術(shù)的結(jié)合也可以提供更加安全的工作負(fù)載運(yùn)行環(huán)境，能夠有效保障邊緣計(jì)算平臺(tái)的安全性。利用邊緣容器能力，不僅可以在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差的情況下，提供有效的自恢復(fù)能力，還可大幅提升邊緣計(jì)算資源接入環(huán)境的兼容能力，滿(mǎn)足多異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)接入。

云原生在核心網(wǎng)中應(yīng)用

5G核心網(wǎng)部署方式成為滿(mǎn)足各行各業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。為適應(yīng)核心網(wǎng)面向服務(wù)及輕量級(jí)的發(fā)展需求，云原生技術(shù)在核心網(wǎng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是面向服務(wù)的5G云原生核心網(wǎng);二是基于云原生的輕量級(jí)5GC。

面向服務(wù)的5G云原生核心網(wǎng)方案主要包括云基礎(chǔ)設(shè)施、NG核心網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)、虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理器等4個(gè)組件，利用云原生技術(shù)、容器技術(shù)、服務(wù)網(wǎng)格、無(wú)服務(wù)器架構(gòu)技術(shù)及云原生調(diào)度系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)5G核心網(wǎng)大規(guī)模定制化的個(gè)性服務(wù)需求。

為滿(mǎn)足行業(yè)客戶(hù)類(lèi)型豐富的組網(wǎng)需求，打造輕量級(jí)5GC成為運(yùn)營(yíng)商積極推動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一。云原生以其靈活的容器技術(shù)及調(diào)度策略，很好地滿(mǎn)足了5GC核心網(wǎng)功能定制化裁剪，可支持行業(yè)客戶(hù)按需對(duì)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)元功能進(jìn)行靈活編排、定制開(kāi)發(fā)及快速部署。

綜上所述，云原生技術(shù)正以其靈活的組網(wǎng)及調(diào)度能力助力5G行業(yè)客戶(hù)的發(fā)展，但是云原生技術(shù)應(yīng)用于5G還處于初級(jí)階段，如何針對(duì)5G的需求制定調(diào)度策略，如何更好地滿(mǎn)足5G廣鏈接的異構(gòu)組網(wǎng)，如何構(gòu)建邊緣云、中心云一體化的應(yīng)用服務(wù)，都是云原生技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。