5G i dzielenie sieci
Kiedy powszechnie wspomina się o 5G, najczęściej omawianą technologią jest Network Slicing. Operatorzy sieci, tacy jak KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT, a także dostawcy sprzętu, tacy jak Ericsson, Nokia i Huawei, uważają, że Network Slicing to idealna architektura sieciowa na erę 5G.
Ta nowa technologia umożliwia operatorom dzielenie wielu wirtualnych sieci typu end-to-end w infrastrukturze sprzętowej, a każdy segment sieci jest logicznie izolowany od urządzenia, sieci dostępowej, sieci transportowej i sieci szkieletowej, aby spełnić różne cechy różnych typów usług.
Dla każdego segmentu sieciowego są w pełni gwarantowane dedykowane zasoby, takie jak serwery wirtualne, przepustowość sieci i jakość usług. Ponieważ plasterki są odizolowane od siebie, błędy lub awarie w jednym plasterku nie będą miały wpływu na komunikację innych plasterków.
Dlaczego 5G potrzebuje podziału sieci?
Od przeszłości do obecnej sieci 4G sieci komórkowe obsługują głównie telefony komórkowe i generalnie wykonują jedynie pewne optymalizacje pod kątem telefonów komórkowych. Jednak w dobie 5G sieci komórkowe muszą obsługiwać urządzenia różnego typu i różnych wymagań. Wiele wspomnianych scenariuszy zastosowań obejmuje mobilną łączność szerokopasmową, rozwiązania IOT na dużą skalę i rozwiązania IOT o znaczeniu krytycznym. Wszystkie potrzebują różnych typów sieci i mają różne wymagania w zakresie mobilności, księgowości, bezpieczeństwa, kontroli zasad, opóźnień, niezawodności i tak dalej.
Na przykład wielkoskalowa usługa iot łączy stałe czujniki w celu pomiaru temperatury, wilgotności, opadów itp. Nie ma potrzeby przekazywania, aktualizacji lokalizacji i innych funkcji głównych telefonów obsługujących sieć komórkową. Ponadto usługi Internetu o znaczeniu krytycznym, takie jak autonomiczna jazda i zdalne sterowanie robotami, wymagają całkowitego opóźnienia wynoszącego kilka milisekund, co znacznie różni się od mobilnych usług szerokopasmowych.
Główne scenariusze zastosowań 5G
Czy to oznacza, że dla każdej usługi potrzebujemy dedykowanej sieci? Na przykład jeden obsługuje telefony komórkowe 5G, drugi obsługuje masowy internet 5G, a trzeci obsługuje internet 5G o znaczeniu krytycznym. Nie musimy tego robić, ponieważ możemy zastosować dzielenie sieci w celu oddzielenia wielu sieci logicznych od oddzielnej sieci fizycznej, co jest bardzo opłacalnym podejściem!
Wymagania aplikacji dotyczące podziału sieci
Fragment sieci 5G opisany w białej księdze 5G opublikowanej przez NGMN pokazano poniżej:
Jak wdrażamy kompleksowe dzielenie sieci?
(1) Bezprzewodowa sieć dostępowa 5G i sieć rdzeniowa: NFV
W dzisiejszej sieci komórkowej głównym urządzeniem jest telefon komórkowy. RAN (DU i RU) i podstawowe funkcje są zbudowane z dedykowanego sprzętu sieciowego dostarczonego przez dostawców RAN. Warunkiem wstępnym wdrożenia podziału sieci jest wirtualizacja funkcji sieciowych (NFV). Zasadniczo główną ideą NFV jest wdrożenie oprogramowania funkcji sieciowych (tj. MME, S/P-GW i PCRF w rdzeniu pakietu i DU w sieci RAN), wszystko w maszynach wirtualnych na serwerach komercyjnych, a nie osobno w ich dedykowanych urządzenia sieciowe. W ten sposób sieć RAN jest traktowana jako chmura brzegowa, podczas gdy funkcja podstawowa jest traktowana jako chmura rdzeniowa. Połączenie pomiędzy VMS zlokalizowanym na brzegu i w chmurze rdzeniowej konfigurowane jest za pomocą SDN. Następnie dla każdej usługi tworzony jest wycinek (tj. wycinek telefoniczny, wycinek masowego Internetu, wycinek Internetu o znaczeniu krytycznym itp.).
Jak wdrożyć jedno z rozwiązań Network Slicing(I)?
Poniższy rysunek pokazuje, jak każdą aplikację specyficzną dla usługi można zwirtualizować i zainstalować w każdym segmencie. Na przykład krojenie można skonfigurować w następujący sposób:
(1)Podział UHD: wirtualizacja serwerów DU, rdzeniowych 5G (UP) i pamięci podręcznej w chmurze brzegowej oraz wirtualizacja serwerów rdzeniowych 5G (CP) i MVO w chmurze rdzeniowej
(2) Dzielenie telefonów: wirtualizacja rdzeni 5G (UP i CP) oraz serwerów IMS z pełnymi możliwościami mobilności w chmurze rdzeniowej
(3) Krojenie Internetu na dużą skalę (np. sieci czujników): wirtualizacja prostego i lekkiego rdzenia 5G w chmurze rdzeniowej nie zapewnia możliwości zarządzania mobilnością
(4) Dzielenie iot o znaczeniu krytycznym: wirtualizacja rdzeni 5G (UP) i powiązanych serwerów (np. serwerów V2X) w chmurze brzegowej w celu minimalizacji opóźnień transmisji
Do tej pory musieliśmy tworzyć dedykowane wycinki dla usług o różnych wymaganiach. Funkcje sieci wirtualnej są umieszczane w różnych lokalizacjach w każdym segmencie (tj. w chmurze brzegowej lub chmurze rdzeniowej) zgodnie z różnymi charakterystykami usług. Ponadto niektóre funkcje sieciowe, takie jak rozliczenia, kontrola zasad itp., mogą być konieczne w niektórych segmentach, ale nie w innych. Operatorzy mogą dostosować podział sieci tak, jak chcą i prawdopodobnie jest to najbardziej opłacalny sposób.
Jak wdrożyć jedno z rozwiązań Network Slicing(I)?
(2) Podział sieci pomiędzy chmurą brzegową i rdzeniową: IP/MPLS-SDN
Sieć definiowana programowo, choć w momencie wprowadzenia na rynek była prostą koncepcją, staje się coraz bardziej złożona. Biorąc na przykład formę nakładki, technologia SDN może zapewnić połączenie sieciowe pomiędzy maszynami wirtualnymi w istniejącej infrastrukturze sieciowej.
Kompleksowe dzielenie sieci
Po pierwsze, zastanawiamy się, jak zapewnić bezpieczeństwo połączenia sieciowego między chmurą brzegową a maszynami wirtualnymi w chmurze rdzeniowej. Sieć pomiędzy maszynami wirtualnymi należy zaimplementować w oparciu o IP/MPLS-SDN i Transport SDN. W tym artykule skupiamy się na IP/MPLS-SDN dostarczanym przez dostawców routerów. Zarówno Ericsson, jak i Juniper oferują produkty architektury sieciowej IP/MPLS SDN. Operacje są nieco inne, ale łączność między VMS-ami opartymi na SDN jest bardzo podobna.
W rdzeniu chmury znajdują się zwirtualizowane serwery. W hypervisorze serwera uruchom wbudowany vRouter/vSwitch. Kontroler SDN zapewnia konfigurację tunelu pomiędzy serwerem wirtualnym a routerem DC G/W (router PE, który tworzy MPLS L3 VPN w centrum danych w chmurze). Twórz tunele SDN (np. MPLS GRE lub VXLAN) pomiędzy każdą maszyną wirtualną (np. rdzeń 5G IoT) a routerami DC G/W w chmurze rdzeniowej.
Kontroler SDN zarządza następnie mapowaniem między tymi tunelami a siecią VPN MPLS L3, taką jak sieć VPN IoT. Proces jest taki sam w chmurze brzegowej, tworząc wycinek iot połączony z chmury brzegowej ze szkieletem IP/MPLS i aż do chmury rdzeniowej. Proces ten można realizować w oparciu o dojrzałe i dostępne dotychczas technologie i standardy.
(3) Podział sieci pomiędzy chmurą brzegową i rdzeniową: IP/MPLS-SDN
Obecnie pozostaje mobilna sieć fronthawall. Jak przeciąć tę mobilną sieć frontową pomiędzy chmurą brzegową a 5G RU? Przede wszystkim należy najpierw zdefiniować sieć front-haul 5G. Dyskutowane są pewne opcje (np. wprowadzenie nowej sieci przesyłania opartej na pakietach poprzez przedefiniowanie funkcjonalności DU i RU), ale nie ustalono jeszcze żadnej standardowej definicji. Poniższy rysunek przedstawia schemat przedstawiony w grupie roboczej ITU IMT 2020 i podaje przykład zwirtualizowanej sieci typu fronthaul.
Przykład podziału sieci 5G C-RAN przez organizację ITU
Czas publikacji: 02 lutego 2024 r
