【全球首款消費級5G服務關鍵架構大公開】AT&T如何打造5G基礎IT架構

「2018年是AT&T及5G優先發展的重要一年」美國電信龍頭AT&T行動及娛樂部門裝置暨網路體驗資深副總裁Kevin Petersen如此表示。因為AT&T趕在2018年結束之前，在全美12個城市推出以5G技術為基礎打造的5G行動熱點服務，透過5G來提供家庭內部Wi-Fi基地臺服務的連網機制，這也是全球第一款消費級的5G服務。

AT&T Network Cloud資深副總裁Amy Wheelus在柏林OpenStack高峰會上，揭露了AT&T打造5G服務背後的關鍵「網路私有雲」架構。攝影／蘇文彬

過去近40年，行動通訊有相當大的改變，從早期單純的手機通話，到2G、3G逐漸興起的行動上網風潮，即便現在已有上網速度更快的4G LTE網路，行動數據需求還是有增無減，讓大家更期待行動上網速度更快、低延遲，並可滿足更多裝置連網需求的5G時代到來。

日常生活中，使用行動上網已經成為一種習慣，每天出門從手機上瀏覽新聞或是天氣預報，觀看YouTube、Netflix等高畫質影音內容，依靠Google Maps瞭解所在位置附近資訊、使用汽車導航，玩大型的線上遊戲，運用零碎的時間隨時瀏覽友人的臉書、Twitter或Instagram的最新動態，或是隨手拿起手機，馬上透過WhatsApp、Line、WeChat和遠方的親友聯絡，所有這些都仰賴更快的行動通訊網路、更穩定的連網品質，這也成為行動電信市場競爭勝出的關鍵。

不過，目前受限於標準、設備普及，一般多認為5G的大規模商業化服務要到2020年才會實現，但也有不少大型電信業者早已摩拳擦掌，準備提早推出服務卡位5G市場。

向來走在前頭的美國電信市場，當地電信龍頭AT&T就是搶先卡位5G的領頭羊，早在2018年初即宣佈以符合3GPP標準，毫米波（mmWave）頻段提供5G行動數據服務，除了先前已經宣布在亞特蘭大、夏洛特、達拉斯、印第安納波利斯、奧克拉荷馬、洛利及韋科7個城市推出5G服務外，到了2018年底又擴大到休士頓、紐奧良、聖安東尼奧、傑克遜維及路易維耳5個城市。

按照AT&T的規畫，2019年初再擴大至拉斯維加斯、舊金山、洛杉磯、那什維爾、奧蘭多、聖地牙哥、聖荷西等城市部份地區，逐一擴大5G網路服務區域。

此一計畫領先了2019或2020年才會推出5G服務的Sprint、T-Mobile及Verizon，展現AT&T搶佔市場的決心。

在2018年一整年，AT&T都緊鑼密鼓地進行各項5G軟硬體測試，以準備迎接5G通訊網路到來。

例如毫米波的5G連網測試，AT&T先在9月測試後端設備，10月再進一步測試5G行動裝置。最近，AT&T還預告將和三星聯手，在2019年下半年時推出首款5G智慧型手機。

以開放基礎架構打造5G核心網路

AT&T在9月完成了符合5G標準的行動通話測試，這項測試正是利用了AT&T的內部私有雲Network Cloud，AT&T指出，5G將是首個基於雲端，並由軟體驅動的行動通訊網路。

在11月的OpenStack Summit德國柏林大會中，AT&T揭露了5G核心網路的基礎Network Cloud，這是個以OpenStack打造的私有雲，搭配OpenStack-Helm強化部署、維護及管理，同時也使用了Airship部署及管理所有的網路資源，在Airship的管理下百分百執行容器，使得Network Cloud可以快速擴展、提高可預測性。AT&T現在已部署了20個Network Cloud的OpenStack Regions。

AT&T網路私有雲架構首度大公開

AT&T的網路私有雲，在軟體架構上，主要以容器技術和Kubernetes來實現網路功能虛擬NFV，加快各項5G服務的彈性調度。攝影／蘇文彬

目前在AT&T的Network Cloud架構下部署了44個Node節點，採用SSD儲存系統，在軟體堆疊上，在Airship內執行Helm、Kubernetes、Docker，以容器執行應用。

當中Airship在Network Cloud中扮演了關鍵的角色，這是今年5月時，AT&T和SKT、英特爾、OpenStack Foundation共同合作的一項新的開放基礎架構專案。Airship採微服務架構，每個Airship的微服務在雲端環境中執行特定的角色功能。

AT&T Network Cloud資深副總裁Amy Wheelus表示，透過OpenStack及Airship的部署管理，讓整個Network Cloud能夠依照需求快速擴展、更有彈性，同時也提高了可預測性。

傳統的封包核心網路在設計上，將使用者及控制用EPC（Evolved Packet Core）集中在核心雲（Core cloud），當用戶從行動裝置發送請求時，經過基地臺通過類似VPN的特殊通道送到核心雲處理，再連到網際網路。

由於5G網路一大特色是低延遲，因應這樣的特性，AT&T在網路架構上，將原本負責使用者封包處理及控制的核心雲，分離為接近使用者端的邊緣雲（Edge cloud）及負責控制網路的核心雲（Core cloud），邊緣雲和核心雲間以MPLS網路連接。邊緣雲負責處理用戶數據的IP封包，而核心雲則主要管理網路。

隨著行動通訊的需求增加，行動通訊網路也面臨了容量擴充的問題。AT&T透過網路功能虛擬化（Virtual Network Function，簡稱VNF）來解決此一問題，通過OpenStack的私有雲環境，以軟體部署增加Network Cloud網路容量，除了具備彈性擴充的優點，還降低故障接管的複雜度。

隨著5G服務擴大至更多美國城市，Amy Wheelus表示，5G行動網路的普及，將會帶動各產業在生產製造或是顧客的消費體驗革新，5G的高速上網、超低延遲將會刺激自動駕駛車、無人機、智慧製造、超高畫質的AR/VR體驗，驅動新的市場商機浮現。

為了縮短5G網路的延遲時間， AT&T將原本負責使用者封包處理及控制的核心雲，分為接近使用者端、處理用戶數據IP封包的邊緣雲（Edge cloud），以及負責控制網路的核心雲（Core cloud）。攝影／蘇文彬