利用 Kubernetes 发挥 5G 潜能

by Canonical on 2 May 2023

5G 是第五代无线技术，正在改变我们的联系和沟通方式。其数据传输速度比 4G 快 100 倍，因此可以加快下载和上传时间，降低延迟并增加连接设备的数量。此外，5G 网络能够支持包括高频段和低频段在内的广泛波段，有效提高覆盖率和可靠度。5G 技术的问世代表移动通信发展向前迈进了一大步，有可能改变我们的生活、工作以及娱乐方式。

新的使用场景还将为通信服务提供商带来新的商机。成功的 5G 网络需要在超高吞吐量、近乎实时的延迟、可用性以及可靠性方面满足更严苛的新要求，同时在网络转型期间确保合理的价格效率、TCO（总体拥有成本）以及 ROI（投资回报率）水平。显而易见，Kubernetes 技术足以应对这一挑战。

Canonical Kubernetes 5G 带来的重要功能

Canonical Kubernetes 描绘了一系列功能，能够提升 5G 网络的性能，满足各种应用场景。

Ubuntu 实时内核

设计和优化实时内核是为了运行时能够保持极低水平的延迟，并对外部事件进行确定性响应，旨在最大程度地减少响应时间。实时内核对机器人、IoT（物联网）和电信应用等众多 5G 使用场景必不可少。MicroK8s 部署在 Ubuntu 实时内核上时，可实现无缝运行，因此对这些应用场景来说，选择 MicroK8s 自然在情理之中。

KubeVirt

云原生网络功能（CNF）是比传统 VNF（虚拟网络功能）更高效、更易管理的解决方案。因此，各种调查也显示，许多组织正积极地向 CNF 转型。KubeVirt 支持将传统 VNF 应用集成进 Kubernetes 专用解决方案，简化协调和管理，并大大简化了迁移过程，从而弥补了这一差距。

GPU 加速

对于处理大量数据的应用程序来说，例如在数据科学或 AI/ML 等领域，GPU 加速必不可少，它通过将工作负荷从 CPU 转移至能够更高效处理它们的 GPU 中来提高处理能力。

Charmed Kubernetes 将自动检测 NVIDIA 硬件并提供适当的支持。若在 MicroK8s 中，可启用一个核心插件来进行 GPU 配置。NVIDIA 认证这两者均适用于其 DGX 平台。

支持 NVIDIA 多实例 GPU（MIG）

MIG 通过将 GPU 划分成多达七个实例，扩展了 NVIDIA H100、A100 和 A30 Tensor Core GPU 的性能和价值。每个实例的硬件均完全独立于各自的高带宽内存、缓存和计算核心。划分实例的工作负载完全透明，这极大地优化了资源使用，并允许为工作负载提供有保证的 QoS（服务质量）。

高级网络解决方案

一个灵活且易于配置的容器互操作网络对于实现 5G 所需的性能水平至关重要。Kubernetes 定义了容器网络接口（CNI）规范，以便在集群内管理网络资源。Calico、Cilium、Kube-OVN 以及 Multus 等 CNI 合规解决方案为电信网络配置提供了广阔的可能性。

OVN（开放虚拟网络）已被广泛用于电信网络来支持虚拟网络抽象和增强的网络功能。Kube-OVN 可基于 OVN 来执行 CNI，为高级企业应用提供一系列网络功能。目前，采用 Kube-OVN 的 Canonical Kubernetes 还支持 eBPF（通过 Cilium）、SR-IOV 以及 BGP 技术，并计划在未来发布 DPDK 和 SmartNIC Offload。

总结

5G 能够实现许多创新的全新业务场景，将改变工业和社会发展。工业物联网、汽车应用、智能城市、机器人、远程医疗保健以及游戏行业将依赖于高速数据传输、近乎实时的延迟以及极高的可用性和可靠性。Canonical Kubernetes 的实时内核功能、GPU 加速功能、KubeVirt 支持功能以及高级网络功能等，将是应对这一挑战的关键。

延伸阅读

• 使用 GPU workers 的 Charmed Kubernetes GPU 加速
• Ubuntu 实时 Linux 简介（中）
• 与 NVIDIA GPU Operator 和 MIG 集成的 MicroK8s
• 采用 Kube-OVN 的 Charmed Kubernetes CNI
• 开源私有 LTE 和 5G 网络简介
• MicroK8s 网站：https://microk8s.io/
• Charmed Kubernetes 网站：https://ubuntu.com/kubernetes/charmed-k8s