5G a sieťové segmentovanie
Keď sa často hovorí o 5G, najdiskutovanejšou technológiou je Network Slicing. Prevádzkovatelia sietí ako KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT a dodávatelia zariadení ako Ericsson, Nokia a Huawei veria, že Network Slicing je ideálnou sieťovou architektúrou pre éru 5G.
Táto nová technológia umožňuje operátorom rozdeliť viacero virtuálnych end-to-end sietí v hardvérovej infraštruktúre a každý sieťový segment je logicky izolovaný od zariadenia, prístupovej siete, transportnej siete a jadrovej siete, aby spĺňal rôzne charakteristiky rôznych typov služieb.
Pre každý sieťový segment sú plne zaručené vyhradené zdroje, ako sú virtuálne servery, šírka pásma siete a kvalita služieb. Keďže segmenty sú od seba izolované, chyby alebo zlyhania v jednom segmente neovplyvnia komunikáciu ostatných segmentov.
Prečo 5G potrebuje sieťové segmentovanie (network slicing)?
Od minulosti až po súčasnosť, v prípade sietí 4G, mobilné siete slúžia prevažne mobilným telefónom a vo všeobecnosti vykonávajú len určitú optimalizáciu pre mobilné telefóny. V ére 5G však musia mobilné siete slúžiť zariadeniam rôznych typov a požiadaviek. Mnohé zo spomínaných aplikačných scenárov zahŕňajú mobilné širokopásmové pripojenie, rozsiahly internet vecí a kritický internet vecí. Všetky vyžadujú rôzne typy sietí a majú rôzne požiadavky na mobilitu, účtovníctvo, bezpečnosť, kontrolu politík, latenciu, spoľahlivosť atď.
Napríklad rozsiahla služba internetu vecí spája pevné senzory na meranie teploty, vlhkosti, zrážok atď. Nie je potrebné odovzdávanie údajov, aktualizácie polohy a ďalšie funkcie hlavných obsluhujúcich telefónov v mobilnej sieti. Okrem toho kritické služby internetu vecí, ako je autonómne riadenie a diaľkové ovládanie robotov, vyžadujú latenciu medzi koncovými bodmi niekoľko milisekúnd, čo sa veľmi líši od služieb mobilného širokopásmového pripojenia.
Hlavné aplikačné scenáre 5G
Znamená to, že pre každú službu potrebujeme vyhradenú sieť? Napríklad jedna slúži 5G mobilným telefónom, jedna slúži 5G masívnemu internetu vecí a jedna slúži 5G kritickému internetu vecí. Nemusíme, pretože môžeme použiť segmentáciu siete na rozdelenie viacerých logických sietí zo samostatnej fyzickej siete, čo je veľmi nákladovo efektívny prístup!
Požiadavky na aplikáciu pre sieťové segmentovanie
Sekcia siete 5G opísaná v bielej knihe o 5G, ktorú vydala sieť NGMN, je zobrazená nižšie:
Ako implementujeme end-to-end sieťové segmentovanie (network slicing)?
(1) Bezdrôtová prístupová sieť 5G a základná sieť: NFV
V dnešnej mobilnej sieti je hlavným zariadením mobilný telefón. RAN (DU a RU) a základné funkcie sú zostavené z vyhradeného sieťového zariadenia poskytovaného dodávateľmi RAN. Na implementáciu sieťového segmentovania je nevyhnutnou podmienkou virtualizácia sieťových funkcií (NFV). V podstate je hlavnou myšlienkou NFV nasadiť softvér sieťových funkcií (t. j. MME, S/P-GW a PCRF v jadre paketov a DU v RAN) všetko vo virtuálnych počítačoch na komerčných serveroch, a nie samostatne v ich vyhradených sieťových zariadeniach. Týmto spôsobom sa RAN považuje za okrajový cloud, zatiaľ čo základná funkcia sa považuje za jadrový cloud. Spojenie medzi VMS umiestneným na okraji a v jadrovom cloude sa konfiguruje pomocou SDN. Potom sa pre každú službu vytvorí segment (t. j. segment telefónu, masívny segment IoT, segment IoT kritický atď.).
Ako implementovať jeden z postupov Network Slicing(I)?
Obrázok nižšie znázorňuje, ako je možné virtualizovať a nainštalovať každú aplikáciu špecifickú pre službu v každom segmente. Napríklad segmentovanie je možné nakonfigurovať takto:
(1) UHD slicking: virtualizácia DU, 5G core (UP) a vyrovnávacích serverov v edge cloude a virtualizácia 5G core (CP) a MVO serverov v core cloude
(2) Rozdeľovanie telefónov: virtualizácia 5G jadier (UP a CP) a serverov IMS s plnými mobilnými funkciami v jadre cloudu
(3) Rozdelenie internetu vecí vo veľkom meradle (napr. senzorové siete): Virtualizácia jednoduchého a ľahkého 5G jadra v cloude jadra nemá žiadne možnosti riadenia mobility.
(4) Kritické rozdelenie IoT: Virtualizácia 5G jadier (UP) a pridružených serverov (napr. serverov V2X) v edge cloude pre minimalizáciu latencie prenosu
Doteraz sme museli vytvárať vyhradené segmenty pre služby s rôznymi požiadavkami. A funkcie virtuálnej siete sú umiestnené na rôznych miestach v každom segmente (t. j. edge cloud alebo core cloud) podľa charakteristík rôznych služieb. Okrem toho niektoré sieťové funkcie, ako napríklad fakturácia, riadenie politík atď., môžu byť potrebné v niektorých segmentoch, ale v iných nie. Prevádzkovatelia si môžu prispôsobiť segmentáciu siete podľa svojich predstáv a pravdepodobne aj najefektívnejším spôsobom z hľadiska nákladov.
Ako implementovať jeden z postupov Network Slicing(I)?
(2) Rozdelenie siete medzi okrajom a jadrom cloudu: IP/MPLS-SDN
Softvérovo definované siete, hoci boli na začiatku jednoduchým konceptom, sa stávajú čoraz komplexnejšími. Napríklad technológia SDN, ktorá využíva Overlay, dokáže zabezpečiť sieťové pripojenie medzi virtuálnymi počítačmi na existujúcej sieťovej infraštruktúre.
Komplexné rozdelenie siete
Najprv sa pozrieme na to, ako zabezpečiť bezpečné sieťové pripojenie medzi edge cloudom a virtuálnymi počítačmi v core cloude. Sieť medzi virtuálnymi počítačmi musí byť implementovaná na základe IP/MPLS-SDN a Transport SDN. V tomto článku sa zameriavame na IP/MPLS-SDN poskytované dodávateľmi smerovačov. Spoločnosti Ericsson aj Juniper ponúkajú produkty sieťovej architektúry IP/MPLS SDN. Operácie sa mierne líšia, ale konektivita medzi VMS založenými na SDN je veľmi podobná.
V jadre cloudu sa nachádzajú virtualizované servery. V hypervízore servera spustite vstavaný vRouter/vSwitch. SDN ovládač zabezpečuje konfiguráciu tunela medzi virtualizovaným serverom a DC G/W routerom (PE router, ktorý vytvára MPLS L3 VPN v cloudovom dátovom centre). Vytvorte SDN tunely (napr. MPLS GRE alebo VXLAN) medzi každým virtuálnym strojom (napr. jadrom 5G IoT) a DC G/W routermi v jadre cloudu.
SDN kontrolér potom spravuje mapovanie medzi týmito tunelmi a MPLS L3 VPN, ako je napríklad IoT VPN. Proces je rovnaký aj v edge cloude, vytvára sa segment IoT pripojený od edge cloudu k chrbticovej sieti IP/MPLS a až po jadro cloudu. Tento proces je možné implementovať na základe technológií a štandardov, ktoré sú v súčasnosti vyspelé a dostupné.
(3) Rozdelenie siete medzi okrajový a centrálny cloud: IP/MPLS-SDN
Teraz zostáva mobilná fronthaul sieť. Ako rozdelíme túto mobilnú fronthold sieť medzi edge cloud a 5G RU? V prvom rade je potrebné definovať 5G front-haul sieť. Diskutuje sa o niektorých možnostiach (napr. zavedenie novej paketovej forward siete predefinovaním funkcionality DU a RU), ale zatiaľ nebola vytvorená žiadna štandardná definícia. Nasledujúci obrázok je diagram prezentovaný v pracovnej skupine ITU IMT 2020 a uvádza príklad virtualizovanej fronthaul siete.
Príklad rozdelenia siete 5G C-RAN organizáciou ITU
Čas uverejnenia: 2. februára 2024
