5G a síťové dělení
Když se široce mluví o 5G, je mezi nimi nejdiskutovanější technologie Network Slicing. Síťoví operátoři jako KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT a prodejci zařízení jako Ericsson, Nokia a Huawei věří, že Network Slicing je ideální síťová architektura pro éru 5G.
Tato nová technologie umožňuje operátorům rozdělit více virtuálních end-to-end sítí v hardwarové infrastruktuře a každý Network Slice je logicky izolován od zařízení, přístupové sítě, transportní sítě a jádrové sítě, aby vyhovoval různým charakteristikám různých typů služeb.
Pro každý Network Slice jsou plně zaručeny vyhrazené zdroje, jako jsou virtuální servery, šířka pásma sítě a kvalita služeb. Protože jsou řezy navzájem izolované, chyby nebo selhání v jednom řezu neovlivní komunikaci ostatních řezů.
Proč 5G potřebuje Network Slicing?
Od minulosti až po současnou 4G síť slouží mobilní sítě hlavně mobilním telefonům a obecně pro mobily dělají jen nějakou optimalizaci. V éře 5G však mobilní sítě potřebují obsluhovat zařízení různých typů a požadavků. Mnohé ze zmíněných aplikačních scénářů zahrnují mobilní širokopásmové připojení, velké iot a kritické iot. Všechny potřebují různé typy sítí a mají různé požadavky na mobilitu, účetnictví, bezpečnost, kontrolu politik, latenci, spolehlivost a tak dále.
Například rozsáhlá služba iot propojuje pevná čidla pro měření teploty, vlhkosti, srážek atd. Není potřeba předávání, aktualizace polohy a další funkce hlavních obsluhujících telefonů v mobilní síti. Kromě toho kritické iot služby, jako je autonomní řízení a dálkové ovládání robotů, vyžadují end-to-end latenci několika milisekund, což je velmi odlišné od mobilních širokopásmových služeb.
Hlavní aplikační scénáře 5G
Znamená to, že pro každou službu potřebujeme vyhrazenou síť? Jeden například obsluhuje 5G mobilní telefony, jeden obsluhuje 5G masivní iot a jeden obsluhuje 5G kritické iot. Nepotřebujeme, protože můžeme použít síťové dělení k oddělení více logických sítí ze samostatné fyzické sítě, což je velmi nákladově efektivní přístup!
Požadavky na aplikaci pro dělení sítě
Část sítě 5G popsaná v bílé knize 5G vydané NGMN je zobrazena níže:
Jak implementujeme end-to-end Network Slicing?
(1) Bezdrátová přístupová síť 5G a základní síť: NFV
V dnešní mobilní síti je hlavním zařízením mobilní telefon. RAN (DU a RU) a základní funkce jsou sestaveny z vyhrazeného síťového vybavení poskytovaného prodejci RAN. Pro implementaci síťového segmentování je nezbytným předpokladem virtualizace síťových funkcí (NFV). V zásadě je hlavní myšlenkou NFV nasadit software pro síťové funkce (tj. MME, S/P-GW a PCRF v jádře paketů a DU v RAN) vše ve virtuálních strojích na komerčních serverech namísto odděleně v jejich vyhrazených síťová zařízení. Tímto způsobem je RAN považován za okrajový mrak, zatímco hlavní funkce je považována za jádrový mrak. Spojení mezi VMS umístěným na okraji a v core cloudu se konfiguruje pomocí SDN. Poté se vytvoří řez pro každou službu (tj. telefonní řez, masivní iot řez, kritický iot řez atd.).
Jak implementovat jeden z Network Slicing(I)?
Obrázek níže ukazuje, jak lze každou aplikaci specifickou pro službu virtualizovat a nainstalovat do každého řezu. Krájení lze například nakonfigurovat takto:
(1)UHD dělení: virtualizace DU, 5G core (UP) a mezipaměti serverů v cloudu edge a virtualizace 5G core (CP) a MVO serverů v core cloudu
(2) Dělení telefonů: virtualizace jader 5G (UP a CP) a serverů IMS s plnými možnostmi mobility v základním cloudu
(3) Rozsáhlé iot slicing (např. senzorové sítě): Virtualizace jednoduchého a lehkého jádra 5G v základním cloudu nemá žádné možnosti správy mobility.
(4) Critical iot slicing: Virtualizace jader 5G (UP) a přidružených serverů (např. servery V2X) v cloudu edge pro minimalizaci latence přenosu
Dosud jsme potřebovali vytvořit vyhrazené řezy pro služby s různými požadavky. A funkce virtuální sítě jsou umístěny v různých umístěních v každém segmentu (tj. okrajový cloud nebo jádrový cloud) podle různých charakteristik služeb. Navíc některé síťové funkce, jako je účtování, kontrola zásad atd., mohou být v některých řezech nezbytné, ale v jiných ne. Operátoři si mohou přizpůsobit segmentování sítě tak, jak chtějí, a pravděpodobně to bude nákladově nejefektivnější způsob.
Jak implementovat jeden z Network Slicing(I)?
(2) Dělení sítě mezi edge a core cloudem: IP/MPLS-SDN
Softwarově definované sítě, i když to byl jednoduchý koncept, když byly poprvé představeny, jsou stále složitější. Vezmeme-li jako příklad formu Overlay, technologie SDN může poskytovat síťové připojení mezi virtuálními stroji ve stávající síťové infrastruktuře.
End-to-end síťové dělení
Nejprve se podíváme na to, jak zajistit, aby síťové připojení mezi cloudem edge a virtuálními stroji core cloudu bylo bezpečné. Síť mezi virtuálními stroji musí být implementována na základě IP/MPLS-SDN a Transport SDN. V tomto článku se zaměřujeme na IP/MPLS-SDN poskytované výrobci směrovačů. Ericsson i Juniper nabízejí produkty síťové architektury IP/MPLS SDN. Operace se mírně liší, ale konektivita mezi VMS na bázi SDN je velmi podobná.
V jádru cloudu jsou virtualizované servery. V hypervizoru serveru spusťte vestavěný vRouter/vSwitch. Řadič SDN zajišťuje konfiguraci tunelu mezi virtualizovaným serverem a směrovačem DC G/W (směrovač PE, který vytváří MPLS L3 VPN v cloudovém datovém centru). Vytvořte SDN tunely (tj. MPLS GRE nebo VXLAN) mezi každým virtuálním strojem (např. 5G IoT core) a DC G/W routery v core cloudu.
Řadič SDN pak spravuje mapování mezi těmito tunely a MPLS L3 VPN, jako je IoT VPN. Proces je stejný v edge cloudu, vytváří se iot slice připojený od edge cloudu k páteři IP/MPLS a až k core cloudu. Tento proces lze implementovat na základě technologií a standardů, které jsou vyspělé a dosud dostupné.
(3) Dělení sítě mezi edge a core cloudem: IP/MPLS-SDN
Co nyní zůstává, je mobilní fronthawallová síť. Jak přeřízneme tuto mobilní síť mezi cloudem edge a 5G RU? Nejprve je třeba definovat 5G front-haul síť. O některých možnostech se diskutuje (např. zavedení nové dopředné sítě založené na paketech předefinováním funkčnosti DU a RU), ale dosud nebyla vytvořena žádná standardní definice. Následující obrázek je schéma prezentované v pracovní skupině ITU IMT 2020 a uvádí příklad virtualizované sítě fronthaul.
Příklad dělení sítě 5G C-RAN organizací ITU
Čas odeslání: únor-02-2024
