5G i segmentacja sieci
Kiedy szeroko wspomina się o 5G, Network Slicing jest najczęściej omawianą technologią. Operatorzy sieci, tacy jak KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT i dostawcy sprzętu, tacy jak Ericsson, Nokia i Huawei, uważają, że Network Slicing jest idealną architekturą sieciową dla ery 5G.
Ta nowa technologia umożliwia operatorom podzielenie wielu wirtualnych sieci typu end-to-end w ramach infrastruktury sprzętowej, a każdy segment sieci jest logicznie odizolowany od urządzenia, sieci dostępowej, sieci transportowej i sieci szkieletowej, co pozwala sprostać różnym cechom różnych typów usług.
Dla każdego segmentu sieciowego w pełni zagwarantowane są dedykowane zasoby, takie jak serwery wirtualne, przepustowość sieci i jakość usług. Ponieważ segmenty są od siebie odizolowane, błędy lub awarie w jednym segmencie nie wpłyną na komunikację innych segmentów.
Dlaczego 5G potrzebuje segmentacji sieci?
Od przeszłości do obecnej sieci 4G, sieci komórkowe obsługują głównie telefony komórkowe i generalnie tylko dokonują pewnej optymalizacji dla telefonów komórkowych. Jednak w erze 5G sieci komórkowe muszą obsługiwać urządzenia różnych typów i wymagań. Wiele z wymienionych scenariuszy aplikacji obejmuje mobilny szerokopasmowy Internet Rzeczy, szerokoskalowy Internet Rzeczy i krytyczny dla misji Internet Rzeczy. Wszystkie potrzebują różnych typów sieci i mają różne wymagania w zakresie mobilności, księgowości, bezpieczeństwa, kontroli zasad, opóźnień, niezawodności itd.
Na przykład usługa IoT na dużą skalę łączy stałe czujniki w celu pomiaru temperatury, wilgotności, opadów deszczu itp. Nie ma potrzeby przekazywania, aktualizacji lokalizacji i innych funkcji głównych telefonów obsługujących w sieci komórkowej. Ponadto usługi IoT o znaczeniu krytycznym dla misji, takie jak autonomiczne prowadzenie pojazdów i zdalne sterowanie robotami, wymagają opóźnienia od początku do końca wynoszącego kilka milisekund, co znacznie różni się od usług mobilnego szerokopasmowego dostępu do Internetu.
Główne scenariusze zastosowań 5G
Czy to oznacza, że potrzebujemy dedykowanej sieci dla każdej usługi? Na przykład, jedna obsługuje telefony komórkowe 5G, druga obsługuje 5G massive iot, a trzecia obsługuje 5G mission critical iot. Nie musimy, ponieważ możemy użyć podziału sieci, aby oddzielić wiele sieci logicznych od oddzielnej sieci fizycznej, co jest bardzo opłacalnym podejściem!
Wymagania aplikacji dla segmentacji sieci
Poniżej przedstawiono fragment sieci 5G opisany w dokumencie informacyjnym 5G wydanym przez NGMN:
Jak wdrożyć kompleksowe segmentowanie sieci?
(1) Sieć dostępu bezprzewodowego 5G i sieć szkieletowa: NFV
W dzisiejszej sieci komórkowej głównym urządzeniem jest telefon komórkowy. RAN (DU i RU) i funkcje rdzeniowe są zbudowane z dedykowanego sprzętu sieciowego dostarczanego przez dostawców RAN. Aby wdrożyć segmentację sieci, wirtualizacja funkcji sieciowych (NFV) jest warunkiem wstępnym. Zasadniczo główną ideą NFV jest wdrożenie oprogramowania funkcji sieciowych (tj. MME, S/P-GW i PCRF w rdzeniu pakietów i DU w RAN) w maszynach wirtualnych na serwerach komercyjnych, a nie oddzielnie w ich dedykowanych urządzeniach sieciowych. W ten sposób RAN jest traktowany jako chmura brzegowa, podczas gdy funkcja rdzeniowa jest traktowana jako chmura rdzeniowa. Połączenie między VMS znajdującymi się na brzegu a w chmurze rdzeniowej jest konfigurowane za pomocą SDN. Następnie tworzony jest segment dla każdej usługi (tj. segment telefoniczny, segment masowego Internetu Rzeczy, segment krytycznego Internetu Rzeczy itd.).
Jak zaimplementować Network Slicing(I)?
Poniższy rysunek pokazuje, jak każda aplikacja specyficzna dla usługi może być wirtualizowana i instalowana w każdym wycinku. Na przykład wycinki można skonfigurować w następujący sposób:
(1)Krojenie UHD: wirtualizacja serwerów DU, rdzenia 5G (UP) i pamięci podręcznej w chmurze brzegowej oraz wirtualizacja serwerów rdzenia 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) Wielkoskalowe segmentowanie Internetu Rzeczy (np. sieci czujników): Wirtualizacja prostego i lekkiego rdzenia 5G w chmurze rdzeniowej nie zapewnia możliwości zarządzania mobilnością
(4) Krytyczne dla misji segmentowanie IoT: Wirtualizacja rdzeni 5G (UP) i powiązanych serwerów (np. serwerów V2X) w chmurze brzegowej w celu zminimalizowania opóźnień transmisji
Do tej pory musieliśmy tworzyć dedykowane wycinki dla usług o różnych wymaganiach. A wirtualne funkcje sieciowe są umieszczane w różnych lokalizacjach w każdym wycinku (tj. w chmurze brzegowej lub w chmurze rdzeniowej) zgodnie z różnymi cechami usługi. Ponadto niektóre funkcje sieciowe, takie jak rozliczanie, kontrola zasad itp., mogą być konieczne w niektórych wycinkach, ale nie w innych. Operatorzy mogą dostosowywać wycinki sieci w sposób, jaki chcą, i prawdopodobnie w najbardziej opłacalny sposób.
Jak zaimplementować Network Slicing(I)?
(2) Podział sieci między chmurą brzegową i rdzeniową: IP/MPLS-SDN
Sieci definiowane programowo, chociaż były prostą koncepcją, gdy zostały wprowadzone po raz pierwszy, stają się coraz bardziej złożone. Biorąc za przykład formę Overlay, technologia SDN może zapewnić połączenie sieciowe między maszynami wirtualnymi w istniejącej infrastrukturze sieciowej.
Kompleksowe segmentowanie sieci
Najpierw przyjrzymy się, jak zapewnić bezpieczeństwo połączenia sieciowego między chmurą brzegową a maszynami wirtualnymi w chmurze rdzeniowej. Sieć między maszynami wirtualnymi musi zostać zaimplementowana w oparciu o IP/MPLS-SDN i Transport SDN. W tym artykule skupiamy się na IP/MPLS-SDN dostarczanym przez dostawców routerów. Ericsson i Juniper oferują produkty architektury sieciowej IP/MPLS SDN. Operacje są nieco inne, ale łączność między VMS opartymi na SDN jest bardzo podobna.
W chmurze rdzeniowej znajdują się serwery wirtualne. W hiperwizorze serwera uruchom wbudowany vRouter/vSwitch. Kontroler SDN zapewnia konfigurację tunelu między serwerem wirtualnym a routerem DC G/W (router PE, który tworzy sieć VPN MPLS L3 w centrum danych w chmurze). Utwórz tunele SDN (tj. MPLS GRE lub VXLAN) między 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 chmurą brzegową do szkieletu IP/MPLS i aż do chmury rdzeniowej. Proces ten można wdrożyć w oparciu o technologie i standardy, które są dojrzałe i dostępne do tej pory.
(3) Podział sieci między chmurą brzegową i rdzeniową: IP/MPLS-SDN
Teraz pozostaje mobilna sieć fronthawall. Jak odciąć tę mobilną sieć fronthold między chmurą brzegową a 5G RU? Przede wszystkim należy najpierw zdefiniować sieć fronthaul 5G. Istnieje kilka opcji podlegających dyskusji (np. wprowadzenie nowej sieci forward opartej na pakietach poprzez ponowne zdefiniowanie funkcjonalności DU i RU), ale nie opracowano jeszcze żadnej standardowej definicji. Poniższy rysunek to diagram przedstawiony w grupie roboczej ITU IMT 2020 i podaje przykład zwirtualizowanej sieci fronthaul.
Przykład podziału sieci 5G C-RAN według organizacji ITU
Czas publikacji: 02-02-2024
