5G και Τεμαχισμός Δικτύου
Όταν γίνεται ευρεία αναφορά στο 5G, η τεχνολογία Network Slicing είναι η πιο πολυσυζητημένη μεταξύ αυτών. Οι πάροχοι δικτύων όπως η KT, η SK Telecom, η China Mobile, η DT, η KDDI, η NTT, και οι προμηθευτές εξοπλισμού όπως η Ericsson, η Nokia και η Huawei πιστεύουν όλοι ότι η Network Slicing είναι η ιδανική αρχιτεκτονική δικτύου για την εποχή του 5G.
Αυτή η νέα τεχνολογία επιτρέπει στους παρόχους να διαχωρίζουν πολλαπλά εικονικά δίκτυα από άκρο σε άκρο σε μια υποδομή υλικού και κάθε Network Slice είναι λογικά απομονωμένο από τη συσκευή, το δίκτυο πρόσβασης, το δίκτυο μεταφοράς και το κεντρικό δίκτυο, ώστε να ανταποκρίνεται στα διαφορετικά χαρακτηριστικά διαφόρων τύπων υπηρεσιών.
Για κάθε Network Slice, οι αποκλειστικοί πόροι, όπως οι εικονικοί διακομιστές, το εύρος ζώνης δικτύου και η ποιότητα της υπηρεσίας, είναι πλήρως εγγυημένοι. Δεδομένου ότι τα slice είναι απομονωμένα μεταξύ τους, τα σφάλματα ή οι βλάβες σε ένα slice δεν θα επηρεάσουν την επικοινωνία των άλλων slice.
Γιατί το 5G χρειάζεται Network Slicing;
Από το παρελθόν έως το τρέχον δίκτυο 4G, τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας εξυπηρετούν κυρίως κινητά τηλέφωνα και γενικά κάνουν μόνο κάποια βελτιστοποίηση για τα κινητά τηλέφωνα. Ωστόσο, στην εποχή του 5G, τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας πρέπει να εξυπηρετούν συσκευές διαφόρων τύπων και απαιτήσεων. Πολλά από τα σενάρια εφαρμογών που αναφέρονται περιλαμβάνουν το mobile broadband, το ioT μεγάλης κλίμακας και το ioT κρίσιμης σημασίας. Όλα χρειάζονται διαφορετικούς τύπους δικτύων και έχουν διαφορετικές απαιτήσεις σε κινητικότητα, λογιστική, ασφάλεια, έλεγχο πολιτικής, καθυστέρηση, αξιοπιστία και ούτω καθεξής.
Για παράδειγμα, μια υπηρεσία IoT μεγάλης κλίμακας συνδέει σταθερούς αισθητήρες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, της υγρασίας, της βροχόπτωσης κ.λπ. Δεν υπάρχει ανάγκη για μεταδόσεις, ενημερώσεις τοποθεσίας και άλλες λειτουργίες των κύριων τηλεφώνων εξυπηρέτησης στο δίκτυο κινητής τηλεφωνίας. Επιπλέον, οι κρίσιμες υπηρεσίες IoT, όπως η αυτόνομη οδήγηση και ο τηλεχειρισμός ρομπότ, απαιτούν καθυστέρηση από άκρο σε άκρο αρκετών χιλιοστών του δευτερολέπτου, η οποία είναι πολύ διαφορετική από τις υπηρεσίες κινητής ευρυζωνικής σύνδεσης.
Κύρια σενάρια εφαρμογής του 5G
Αυτό σημαίνει ότι χρειαζόμαστε ένα αποκλειστικό δίκτυο για κάθε υπηρεσία; Για παράδειγμα, ένα εξυπηρετεί κινητά τηλέφωνα 5G, ένα εξυπηρετεί μαζικό IoT 5G και ένα εξυπηρετεί κρίσιμο IoT 5G. Δεν χρειάζεται, επειδή μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον τεμαχισμό δικτύου για να διαχωρίσουμε πολλά λογικά δίκτυα από ένα ξεχωριστό φυσικό δίκτυο, κάτι που είναι μια πολύ οικονομικά αποδοτική προσέγγιση!
Απαιτήσεις Εφαρμογής για Τεμαχισμό Δικτύου
Το τμήμα δικτύου 5G που περιγράφεται στη λευκή βίβλο 5G που δημοσίευσε το NGMN φαίνεται παρακάτω:
Πώς εφαρμόζουμε την ολοκληρωμένη τεμαχισμό δικτύου (Network Slicing);
(1) Δίκτυο ασύρματης πρόσβασης 5G και βασικό δίκτυο: NFV
Στο σημερινό δίκτυο κινητής τηλεφωνίας, η κύρια συσκευή είναι το κινητό τηλέφωνο. Το RAN (DU και RU) και οι βασικές λειτουργίες κατασκευάζονται από ειδικό εξοπλισμό δικτύου που παρέχεται από προμηθευτές RAN. Για την υλοποίηση του τεμαχισμού δικτύου, η Εικονικοποίηση Λειτουργιών Δικτύου (NFV) είναι απαραίτητη προϋπόθεση. Βασικά, η κύρια ιδέα του NFV είναι η ανάπτυξη του λογισμικού λειτουργίας δικτύου (δηλαδή MME, S/P-GW και PCRF στον πυρήνα πακέτων και DU στο RAN) σε όλα τα εικονικά μηχανήματα στους εμπορικούς διακομιστές αντί ξεχωριστά στις ειδικές συσκευές δικτύου τους. Με αυτόν τον τρόπο, το RAN αντιμετωπίζεται ως το cloud άκρου, ενώ η βασική λειτουργία αντιμετωπίζεται ως το cloud πυρήνα. Η σύνδεση μεταξύ του VMS που βρίσκεται στο άκρο και στο cloud πυρήνα διαμορφώνεται χρησιμοποιώντας SDN. Στη συνέχεια, δημιουργείται ένα slice για κάθε υπηρεσία (δηλαδή slice τηλεφώνου, massive iot slice, mission critical iot slice, κ.λπ.).
Πώς να υλοποιήσω ένα από τα Network Slicing(I);
Το παρακάτω σχήμα δείχνει πώς κάθε εφαρμογή που αφορά συγκεκριμένες υπηρεσίες μπορεί να εικονικοποιηθεί και να εγκατασταθεί σε κάθε slice. Για παράδειγμα, η slicing μπορεί να διαμορφωθεί ως εξής:
(1) Τεμαχισμός UHD: εικονικοποίηση διακομιστών DU, πυρήνα 5G (UP) και cache στο edge cloud, και εικονικοποίηση διακομιστών πυρήνα 5G (CP) και MVO στο core cloud
(2) Τεμαχισμός τηλεφωνίας: εικονικοποίηση πυρήνων 5G (UP και CP) και διακομιστών IMS με πλήρεις δυνατότητες κινητικότητας στο βασικό cloud
(3) Τεμαχισμός IoT μεγάλης κλίμακας (π.χ., δίκτυα αισθητήρων): Η εικονικοποίηση ενός απλού και ελαφρού πυρήνα 5G στο core cloud δεν έχει δυνατότητες διαχείρισης κινητικότητας.
(4) Κρίσιμης σημασίας τεμαχισμός IoT: Εικονικοποίηση πυρήνων 5G (UP) και συσχετισμένων διακομιστών (π.χ., διακομιστές V2X) στο edge cloud για ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης μετάδοσης
Μέχρι στιγμής, χρειάστηκε να δημιουργήσουμε ειδικά τμήματα (slicing) για υπηρεσίες με διαφορετικές απαιτήσεις. Και οι λειτουργίες εικονικού δικτύου τοποθετούνται σε διαφορετικές θέσεις σε κάθε τμήμα (δηλαδή, edge cloud ή core cloud) σύμφωνα με τα διαφορετικά χαρακτηριστικά της υπηρεσίας. Επιπλέον, ορισμένες λειτουργίες δικτύου, όπως η χρέωση, ο έλεγχος πολιτικής κ.λπ., μπορεί να είναι απαραίτητες σε ορισμένα τμήματα, αλλά όχι σε άλλα. Οι πάροχοι μπορούν να προσαρμόσουν την τεμαχισμό δικτύου όπως θέλουν και πιθανώς με τον πιο οικονομικό τρόπο.
Πώς να υλοποιήσω ένα από τα Network Slicing(I);
(2) Διαχωρισμός δικτύου μεταξύ edge και core cloud: IP/MPLS-SDN
Η δικτύωση που καθορίζεται από λογισμικό, αν και ήταν μια απλή έννοια όταν πρωτοεμφανίστηκε, γίνεται ολοένα και πιο περίπλοκη. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τη μορφή Overlay, η τεχνολογία SDN μπορεί να παρέχει σύνδεση δικτύου μεταξύ εικονικών μηχανών στην υπάρχουσα υποδομή δικτύου.
Τεμαχισμός δικτύου από άκρο σε άκρο
Αρχικά, εξετάζουμε πώς να διασφαλίσουμε ότι η σύνδεση δικτύου μεταξύ του edge cloud και των εικονικών μηχανών του core cloud είναι ασφαλής. Το δίκτυο μεταξύ των εικονικών μηχανών πρέπει να υλοποιηθεί με βάση το IP/MPLS-SDN και το Transport SDN. Σε αυτήν την εργασία, εστιάζουμε στο IP/MPLS-SDN που παρέχεται από τους προμηθευτές δρομολογητών. Η Ericsson και η Juniper προσφέρουν προϊόντα αρχιτεκτονικής δικτύου IP/MPLS SDN. Οι λειτουργίες είναι ελαφρώς διαφορετικές, αλλά η συνδεσιμότητα μεταξύ των VMS που βασίζονται σε SDN είναι πολύ παρόμοια.
Στο core cloud υπάρχουν εικονικοί διακομιστές. Στον hypervisor του διακομιστή, εκτελέστε το ενσωματωμένο vRouter/vSwitch. Ο ελεγκτής SDN παρέχει τη διαμόρφωση σήραγγας μεταξύ του εικονικού διακομιστή και του δρομολογητή DC G/W (του δρομολογητή PE που δημιουργεί το MPLS L3 VPN στο κέντρο δεδομένων cloud). Δημιουργήστε σήραγγες SDN (δηλαδή MPLS GRE ή VXLAN) μεταξύ κάθε εικονικής μηχανής (π.χ. πυρήνας 5G IoT) και δρομολογητών DC G/W στο core cloud.
Στη συνέχεια, ο ελεγκτής SDN διαχειρίζεται την αντιστοίχιση μεταξύ αυτών των σηράγγων και του MPLS L3 VPN, όπως το IoT VPN. Η διαδικασία είναι η ίδια και στο edge cloud, δημιουργώντας ένα κομμάτι iot που συνδέεται από το edge cloud με το backbone IP/MPLS και μέχρι το core cloud. Αυτή η διαδικασία μπορεί να υλοποιηθεί με βάση τεχνολογίες και πρότυπα που είναι ώριμα και διαθέσιμα μέχρι στιγμής.
(3) Διαχωρισμός δικτύου μεταξύ edge και core cloud: IP/MPLS-SDN
Αυτό που απομένει τώρα είναι το δίκτυο κινητού fronthaul. Πώς μπορούμε να διαχωρίσουμε αυτό το δίκτυο κινητού fronthold μεταξύ του edge cloud και της 5G RU; Πρώτα απ 'όλα, πρέπει πρώτα να οριστεί το δίκτυο 5G front-haul. Υπάρχουν ορισμένες επιλογές υπό συζήτηση (π.χ., εισαγωγή ενός νέου δικτύου προώθησης που βασίζεται σε πακέτα με επαναπροσδιορισμό της λειτουργικότητας των DU και RU), αλλά δεν έχει ακόμη γίνει τυποποιημένος ορισμός. Το ακόλουθο σχήμα είναι ένα διάγραμμα που παρουσιάζεται στην ομάδα εργασίας ITU IMT 2020 και δίνει ένα παράδειγμα ενός εικονικοποιημένου δικτύου fronhaul.
Παράδειγμα τεμαχισμού δικτύου 5G C-RAN από οργανισμό ITU
Ώρα δημοσίευσης: 02 Φεβρουαρίου 2024
