面向下一代移动通信的服务化协议栈及原型验证系统

20241205

信息传输、软件和信息技术服务业

为匹配课题原型验证系统中计算能力要求及多路视频并发实时处理要求，中科通量研制推出了AI服务器衍生产品，“腾雾1821M” 高通量音视频加速计算机。该产品采用的高通量计算技术具备高并发、低延迟、高确定性、高能效等特点，能够极大提升整个系统的视频智能分析能力。 在视频监控领域的具体应用中，对于海量摄像头所捕获到的视频进行实时传输以及存储是至关重要的需求，高通量音视频加速计算机能够在切实保障视频质量的基础之上，实现平均10倍的视频压缩效果，解决业内普遍存在“传不回”“存不下”的业务痛点。按照公安部发布的《公共安全视频图像信息系统管理条例》相关条例要求：“公共安全视频图像信息系统的使用单位，应当建立信息保存、使用等管理制度。采集的视频图像信息至少留存30日，法律、行政法规或者相关标准规定多于30日的，从其规定。”以2021年全国已装机的5.8亿台摄像头作为基数进行考量，若每个摄像头需存储30日的视频数据，那么其用于存储视频的硬盘规模经估算将达到57万亿元。在此情形下，中科通量的高通量音视频加速计算机展现出了其独特的价值，不但能够在摄像头视频监控传输与存储建设成本方面实现有效节约，而且还能够在运维用电等运营成本方面带来显著的节省效果。 高通量音视频加速计算机通过对视频智能分析全栈技术架构进行全面而深入的优化，借助异构硬件协同调度、软硬协同优化、高并发协同管理以及云边端计算协同等多方面能力，成功地突破了视频解码所面临的瓶颈问题，使行业内单台整机从原本只能够400余路1080P@30FPS视频进行智能分析提升至最高能够同时对960路1080P@30FPS 的视频进行分析。通过高通量视频分析技术，能够释放50%以上CPU算力资源压力，提升40%左右GPU处理能力。该产品极大地提升了视频智能分析系统的处理效率，这种显著的优势对于推动视频行业实现优化资源配置以及提升整体效益等方面，在智慧城市、智慧交通、智能制造等领域具有不可忽视且极为重要的意义。 随着信息技术的快速发展和国家安全战略的推进，高通量音视频加速计算机结合国产信创技术，在视频监控领域将展现出独特产业价值，为此本课题负责人在国内安防行业最权威的杂志《中国安防》，CN 11-5538/TU，2024.7月刊上发表了署名文章“高通量国产智能服务器在视频监控领域中的产业价值研究”，期待为本课题衍生产品实现应用领域的拓展。

在目前移动互联网快速发展的今天，对于RAN的灵活性与对AI的内生支持性有着较大的需求，许多调度类与优化类算法都需要RAN能够支持外部控制，同时许多AI模型也需要RAN能够生成足够多的数据用于模型训练。迅速发展的网络视频场景需要RAN能够适应无线环境的变化，提供稳定的QoE，云游戏场景需要RAN能够提供稳定的低延时等等。在未来，越来越多的应用会要求RAN可灵活配置与变化，因此服务化RAN及AI服务器衍生产品的市场前景广阔。 对服务化RAN及AI服务器衍生产品的转化合作需求，从整个产业链的视野来思考包含以下几个方面： 1.在技术上合作完善服务化RAN及AI服务器衍生产品，完善面向多媒体视频应用以外的其他场景的应用示范。服务化RAN及AI服务器衍生产品的转化离不开技术研发与创新，需要各个环节的合作伙伴共同投入资金和人力资源，共同研究开发更先进、更高效的技术解决方案，以满足市场需求。 2.与产业链重要利益相关者建立合作共赢的战略伙伴关系，积极促使相关硬件设备提供商共同建设良好的产业环境。在整个产业链中，从芯片制造商、设备供应商、运营商到终端用户，不同环节的企业都需要密切协作，共同推动服务化RAN及AI服务器衍生产品的转化和应用，形成良性互动的产业生态系统。 3.服务化RAN及AI服务器衍生产品的转化需要进行市场推广和营销，在社交媒体、行业媒体、搜索引擎、线下展会等多个渠道同步开展产品相关内容营销，吸引更多客户和用户。需要合作各方共同制定营销策略，拓展市场份额，提升品牌知名度，推动产品的推广和销售。 4.服务化RAN及AI服务器衍生产品的转化需要具备相关技术和专业知识的人才支持，因此在产业链中的各个环节中还需要加强人才培养和合作，共同打造高素质的团队，推动技术创新和产品升级。 5.最重要的是合作各方通过市场调研了解目标用户群的需求和偏好，明确产品的定位和差异化优势，合作锁定目标用户群，针对不同的目标用户群提供定制化的解决方案，满足其特定需求和痛点，快速渗透市场。同时与合作伙伴共同开展用户培训和技术支持，建立完善的客户服务体系，及时响应用户反馈和需求，提升用户满意度。

可国（境）内外转让

服务化RAN协议栈软件和AI服务器衍生产品的相关成果转化会带来了显著的经济效益和社会效益。首先，通过提供更高效、更灵活的RAN协议栈软件和AI服务器衍生产品，可以降低运营商的成本，提高5G及下一代无线网络的性能和覆盖范围，这种效益可以体现在降低基站建设和维护成本、提升用户体验、增加数据传输速度等方面，在实现服务化RAN协议栈软件和AI服务器衍生产品营销的同时为运营商带来更高的利润。其次，服务化RAN协议栈软件和AI服务器衍生产品的推广应用也有助于推动整个通信产业的发展。通过技术创新和产品升级，可以促进产业链上下游的合作和发展，推动产业数字化转型，提高整体竞争力。这不仅对于企业自身具有重要意义，也有利于整个社会的经济发展。 在社会效益方面，服务化RAN协议栈软件和AI服务器衍生产品的应用可以提升通信网络的覆盖范围和质量，为用户提供更加稳定和高效的通信服务。这对于人们的生活、工作和学习都有积极的影响，促进信息化社会的建设和发展。同时，通过提高通信网络的智能化水平，可以为各行各业提供更多的数字化解决方案，推动社会各个领域的创新和发展。

面向下一代移动通信的服务化协议栈及原型验证系统研制

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

移动通信技术的复杂化和多变应用场景的需求导致现有无线接入网（RAN）系统变得庞大且难以灵活应对，研发和升级成本也随之增加。传统协议层间的耦合关系成为性能优化的瓶颈，限制了5G在垂直行业的快速应用。为解决这些问题，服务化RAN通过解耦传统的固化协议层，将不同的协议功能分解成独立的服务或功能，根据用户需求进行灵活组合，从而实现定制化的用户服务。服务化RAN具有开发敏捷、快速迭代的优势，基于通用计算硬件基础设施重构协议栈功能，构建灵活、低成本的服务化RAN是下一代移动通信架构的重要研究方向。本课题的研究目标是开发服务化协议栈核心软件，并研制基于服务化RAN的原型验证系统，实现RAN的个性化与定制化服务，提高网络灵活性与部署效率，拓展网络在垂直行业的应用，并加快下一代移动通信技术的验证平台建设。具研究内容包括：1. 服务化RAN协议栈软件研究与设计：研究协议栈解耦粒度与功能边界，形成服务化协议栈软件设计方案并研发协议栈软件。2. 服务化RAN原型验证系统：基于算力基础设施完成服务化RAN原型验证系统的研发，支持协议功能和应用的灵活部署与快速迭代。3. 服务化RAN示范验证：构建端到端无线网络，开放RAN功能接口，开展内生AI及物理层关键技术的示范应用。总体方案以云化技术为基础，将传统RAN的功能逻辑与专用硬件设备分离，迁移到通用算力基础设施，实现RAN的软件化和虚拟化。服务化RAN进一步将云化RAN的控制面和用户面解耦成一系列高内聚、低耦合、可独立运行的服务模块，根据不同场景需求编排服务功能集合，形成适配的无线接入网。服务化RAN的总体架构分为控制域和功能域，涵盖控制面、用户面、计算面和数据面。这些功能域内的服务实例独立运行，控制域负责资源调度和服务实例的生命周期管理。服务化解耦目标是将传统功能臃肿的云化RAN软件拆分成功能内聚、界限明确的服务。通过图论的图分割技术和实际工程评估，将RAN控制面和用户面分别解耦成多个服务实例，形成灵活、精细的服务化RAN系统。在无线协议编排方面，针对高清视频监控场景，设计并实现了支持并发处理150路4K视频数据的AI内容分析原型，减轻回传链路负担，实现480P视频流云端分析和4K视频流边缘分析两种应用场景的无线协议栈服务组件。在功能组件扩缩方面，通过动态调整服务实例的副本数量，实现负载和处理能力的匹配，提升网络资源利用率。本课题设计的数据暴露机制为扩缩决策提供了关键指标数据支持，确保服务实例横向扩缩的有效性。最终，本课题在通用服务器平台上搭建了服务化RAN原型验证系统，测试结果表明，服务化RAN协议栈在终端切换时延、视频传输需求自动更换协议栈时延、动态横向扩缩等方面均满足技术考核指标要求，显著提升了算力资源利用率。这将帮助未来接入网设备制造生态中占据产业优势地位。