5G a síťové krájení
Když se široce mluví o 5G, nejdiskutovanější technologií je Network Slicing. Provozovatelé sítí jako KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT a dodavatelé zařízení jako Ericsson, Nokia a Huawei se všichni domnívají, že Network Slicing je ideální síťovou architekturou pro éru 5G.
Tato nová technologie umožňuje operátorům rozdělit více virtuálních end-to-end sítí v hardwarové infrastruktuře a každý síťový segment je logicky izolován od zařízení, přístupové sítě, transportní sítě a jádrové sítě, aby splňoval různé charakteristiky různých typů služeb.
Pro každý síťový segment jsou plně zaručeny vyhrazené zdroje, jako jsou virtuální servery, šířka pásma sítě a kvalita služeb. Protože jsou segmenty od sebe navzájem izolovány, chyby nebo selhání v jednom segmentu neovlivní komunikaci ostatních segmentů.
Proč 5G potřebuje síťové rozdělení (Network Slicing)?
Od minulosti až po současnost sítí 4G mobilní sítě obsluhovaly hlavně mobilní telefony a obecně prováděly pouze určitou optimalizaci pro mobilní telefony. V éře 5G však mobilní sítě musí obsluhovat zařízení různých typů a požadavků. Mezi zmíněné aplikační scénáře patří mobilní širokopásmové připojení, rozsáhlý internet věcí a kritický internet věcí. Všechny tyto systémy vyžadují různé typy sítí a mají různé požadavky na mobilitu, účetnictví, zabezpečení, kontrolu politik, latenci, spolehlivost atd.
Například rozsáhlá služba internetu věcí propojuje pevné senzory pro měření teploty, vlhkosti, srážek atd. Není třeba provádět předávání, aktualizace polohy a další funkce hlavních obsluhujících telefonů v mobilní síti. Kromě toho kritické služby internetu věcí, jako je autonomní řízení a dálkové ovládání robotů, vyžadují latenci mezi koncovými body v řádu několika milisekund, což se velmi liší od služeb mobilního širokopásmového připojení.
Hlavní scénáře použití 5G
Znamená to, že pro každou službu potřebujeme vyhrazenou síť? Například jedna slouží mobilním telefonům 5G, jedna slouží masivnímu internetu věcí 5G a jedna slouží kriticky důležitému internetu věcí 5G. To nemusíme dělat, protože můžeme použít rozdělení sítě k oddělení více logických sítí od samostatné fyzické sítě, což je velmi nákladově efektivní přístup!
Požadavky na aplikaci pro síťové řezy
Sekce sítě 5G popsaná v dokumentu 5G vydaném NGMN je uvedena níže:
Jak implementujeme end-to-end Network Slicing?
(1) Bezdrátová přístupová síť 5G a páteřní síť: NFV
V dnešní mobilní síti je hlavním zařízením mobilní telefon. RAN (DU a RU) a základní funkce jsou vytvářeny z vyhrazeného síťového zařízení poskytovaného dodavateli RAN. Pro implementaci síťového „slicingu“ je nezbytným předpokladem virtualizace síťových funkcí (NFV). V podstatě je hlavní myšlenkou NFV nasadit software síťových funkcí (tj. MME, S/P-GW a PCRF v jádru paketů a DU v RAN) vše ve virtuálních strojích na komerčních serverech, nikoli odděleně v jejich vyhrazených síťových zařízeních. Tímto způsobem je RAN považován za edge cloud, zatímco základní funkce je považována za core cloud. Spojení mezi VMS umístěným na okraji a v core cloudu je konfigurováno pomocí SDN. Poté je pro každou službu vytvořen segment (tj. segment telefonu, segment masivního IoT, segment kritického IoT atd.).
Jak implementovat jeden z Network Slicing(I)?
Obrázek níže ukazuje, jak lze virtualizovat a nainstalovat každou aplikaci specifickou pro službu v každém segmentu. Například segmentování lze nakonfigurovat následovně:
(1) UHD slicking: virtualizace DU, 5G core (UP) a cache serverů v edge cloudu a virtualizace 5G core (CP) a MVO serverů v core cloudu
(2) Phone slicing: virtualizace 5G jader (UP a CP) a IMS serverů s plnými možnostmi mobility v centrálním cloudu
(3) Rozsáhlé rozdělení internetu věcí (např. senzorové sítě): Virtualizace jednoduchého a lehkého 5G jádra v cloudu nemá žádné funkce pro správu mobility.
(4) Kritické rozdělení IoT: Virtualizace 5G jader (UP) a přidružených serverů (např. serverů V2X) v edge cloudu pro minimalizaci latence přenosu
Doposud jsme museli vytvářet vyhrazené segmenty pro služby s různými požadavky. Funkce virtuální sítě jsou v každém segmentu (tj. edge cloud nebo core cloud) umístěny na různých místech podle charakteristik různých služeb. Kromě toho mohou být některé síťové funkce, jako je fakturace, řízení politik atd., nezbytné v některých segmentech, ale v jiných ne. Operátoři si mohou rozdělení sítě přizpůsobit podle svých představ a pravděpodobně i nejnákladově nejefektivnějším způsobem.
Jak implementovat jeden z Network Slicing(I)?
(2) Rozdělení sítě mezi okrajovou a centrální cloudovou sítí: IP/MPLS-SDN
Softwarově definované sítě, ačkoliv byly v době svého vzniku jednoduchým konceptem, se stávají stále složitějšími. Například ve formě Overlay technologie může technologie SDN poskytovat síťové připojení mezi virtuálními počítači na stávající síťové infrastruktuře.
Komplexní síťové krájení
Nejprve se podíváme na to, jak zajistit bezpečné síťové připojení mezi edge cloudem a virtuálními stroji v core cloudu. Síť mezi virtuálními stroji musí být implementována na základě IP/MPLS-SDN a Transport SDN. V tomto článku se zaměříme na IP/MPLS-SDN poskytované dodavateli routerů. Společnosti Ericsson a Juniper nabízejí produkty síťové architektury IP/MPLS SDN. Operace se mírně liší, ale konektivita mezi VMS založenými na SDN je velmi podobná.
V jádru cloudu se nacházejí virtualizované servery. V hypervisoru serveru spusťte vestavěný vRouter/vSwitch. SDN kontrolér zajišťuje konfiguraci tunelu mezi virtualizovaným serverem a DC G/W routerem (PE router, který vytváří MPLS L3 VPN v cloudovém datovém centru). Vytvořte SDN tunely (např. MPLS GRE nebo VXLAN) mezi každým virtuálním strojem (např. jádrem 5G IoT) a DC G/W routery v jádru cloudu.
SDN kontrolér pak spravuje mapování mezi těmito tunely a MPLS L3 VPN, jako je například IoT VPN. Proces je stejný i v edge cloudu, vytváří se segment IoT propojený z edge cloudu k páteřní síti IP/MPLS a až k jádru cloudu. Tento proces lze implementovat na základě technologií a standardů, které jsou v současnosti vyspělé a dostupné.
(3) Rozdělení sítě mezi okrajovou a centrální cloudovou sítí: IP/MPLS-SDN
Nyní zbývá mobilní fronthaul síť. Jak tuto mobilní fronthold síť rozdělíme mezi edge cloud a 5G RU? Nejprve je nutné definovat 5G front-haul síť. Diskutuje se o některých možnostech (např. zavedení nové paketové forward sítě předefinováním funkcionality DU a RU), ale dosud nebyla vytvořena žádná standardní definice. Následující obrázek je diagram prezentovaný v pracovní skupině ITU IMT 2020 a uvádí příklad virtualizované fronthaul sítě.
Příklad rozdělení sítě 5G C-RAN organizací ITU
Čas zveřejnění: 2. února 2024
