5G και Network Slicing
Όταν το 5G αναφέρεται ευρέως, το Network Slicing είναι η πιο πολυσυζητημένη τεχνολογία μεταξύ τους. Οι πάροχοι δικτύου όπως η KT, η SK Telecom, η China Mobile, η DT, η KDDI, η NTT και προμηθευτές εξοπλισμού όπως η Ericsson, η Nokia και η Huawei πιστεύουν όλοι ότι το Network Slicing είναι η ιδανική αρχιτεκτονική δικτύου για την εποχή 5G.
Αυτή η νέα τεχνολογία επιτρέπει στους χειριστές να διαχωρίζουν πολλαπλά εικονικά δίκτυα από άκρο σε άκρο σε μια υποδομή υλικού και κάθε Τμήμα Δικτύου είναι λογικά απομονωμένο από τη συσκευή, το δίκτυο πρόσβασης, το δίκτυο μεταφορών και το κεντρικό δίκτυο για 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. Εφόσον τα slice είναι απομονωμένα το ένα από το άλλο, σφάλματα ή αστοχίες σε ένα κομμάτι δεν θα επηρεάσουν την επικοινωνία άλλων τμημάτων.
Γιατί το 5G χρειάζεται Network Slicing;
Από το παρελθόν έως το σημερινό δίκτυο 4G, τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας εξυπηρετούν κυρίως κινητά τηλέφωνα και γενικά κάνουν μόνο κάποια βελτιστοποίηση για 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 αναφέρθηκαν περιλαμβάνουν ευρυζωνική σύνδεση κινητής τηλεφωνίας, iot μεγάλης κλίμακας και 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 μεγάλης κλίμακας υπηρεσία iot συνδέει σταθερούς αισθητήρες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, της υγρασίας, της βροχόπτωσης κ.λπ. Δεν χρειάζονται μεταβιβάσεις, ενημερώσεις τοποθεσίας και άλλες δυνατότητες των κύριων τηλεφώνων που εξυπηρετούν στο δίκτυο κινητής τηλεφωνίας. Επιπλέον, οι κρίσιμες για την αποστολή υπηρεσίες iot, όπως η αυτόνομη οδήγηση και ο τηλεχειρισμός των ρομπότ απαιτούν από άκρο σε άκρο λανθάνουσα κατάσταση αρκετών χιλιοστών του δευτερολέπτου, κάτι που είναι πολύ διαφορετικό από τις ευρυζωνικές υπηρεσίες κινητής τηλεφωνίας.
Κύρια σενάρια εφαρμογής του 5G
Αυτό σημαίνει ότι χρειαζόμαστε ένα αποκλειστικό δίκτυο για κάθε υπηρεσία; Για παράδειγμα, κάποιος εξυπηρετεί κινητά τηλέφωνα 5G, ένας εξυπηρετεί μαζικό 5G και ένας εξυπηρετεί κρίσιμες αποστολές 5G. Δεν χρειάζεται, γιατί μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον διαχωρισμό δικτύου για να χωρίσουμε πολλά λογικά δίκτυα από ένα ξεχωριστό φυσικό δίκτυο, κάτι που είναι μια πολύ οικονομική προσέγγιση!
Απαιτήσεις εφαρμογής για τεμαχισμό δικτύου
Το τμήμα του δικτύου 5G που περιγράφεται στη λευκή βίβλο 5G που κυκλοφόρησε από το NGMN φαίνεται παρακάτω:
Πώς υλοποιούμε το End-to-end Network Slicing;
(1) Δίκτυο ασύρματης πρόσβασης 5G και κεντρικό δίκτυο: NFV
Στο σημερινό δίκτυο κινητής τηλεφωνίας, η κύρια συσκευή είναι το κινητό τηλέφωνο. Το RAN (DU και RU) και οι βασικές λειτουργίες έχουν κατασκευαστεί από αποκλειστικό εξοπλισμό δικτύου που παρέχεται από προμηθευτές RAN. Για την εφαρμογή του τεμαχισμού δικτύου, η εικονικοποίηση λειτουργιών δικτύου (NFV) είναι απαραίτητη προϋπόθεση. Βασικά, η κύρια ιδέα του NFV είναι να αναπτύξει το λογισμικό λειτουργιών δικτύου (π.χ. MME, S/P-GW και PCRF στον πυρήνα πακέτων και DU στο RAN) όλες στις εικονικές μηχανές στους εμπορικούς διακομιστές αντί για χωριστά στους αποκλειστικούς τους συσκευές δικτύου. Με αυτόν τον τρόπο, το RAN αντιμετωπίζεται ως σύννεφο άκρων, ενώ η βασική συνάρτηση αντιμετωπίζεται ως σύννεφο πυρήνα. Η σύνδεση μεταξύ VMS που βρίσκεται στην άκρη και στο σύννεφο πυρήνα διαμορφώνεται χρησιμοποιώντας SDN. Στη συνέχεια, δημιουργείται ένα slice για κάθε υπηρεσία (δηλαδή τηλεφωνικό slice, massive iot slice, mission kritik iot slice κ.λπ.).
Πώς να εφαρμόσετε ένα από τα Network Slicing(I);
Το παρακάτω σχήμα δείχνει πώς μπορεί να εικονικοποιηθεί και να εγκατασταθεί κάθε εφαρμογή για συγκεκριμένη υπηρεσία σε κάθε slice. Για παράδειγμα, ο τεμαχισμός μπορεί να διαμορφωθεί ως εξής:
(1) Τεμαχισμός UHD: εικονικοποίηση διακομιστών DU, 5G πυρήνα (UP) και κρυφής μνήμης στο σύννεφο άκρης και εικονικοποίηση διακομιστών πυρήνα 5G (CP) και MVO στο core cloud
(2) Τεμαχισμός τηλεφώνου: εικονικοποίηση πυρήνων 5G (UP και CP) και διακομιστών IMS με πλήρεις δυνατότητες κινητικότητας στο core cloud
(3) Μεγάλης κλίμακας κοπή iot (π.χ. δίκτυα αισθητήρων): Η εικονικοποίηση ενός απλού και ελαφρού πυρήνα 5G στο core cloud δεν έχει δυνατότητες διαχείρισης κινητικότητας
(4) Κρίσιμος για την αποστολή iot slicing: Εικονοποίηση πυρήνων 5G (UP) και σχετικών διακομιστών (π.χ. διακομιστές V2X) στο σύννεφο άκρων για ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης μετάδοσης
Μέχρι στιγμής, χρειαζόμασταν τη δημιουργία αποκλειστικών τμημάτων για υπηρεσίες με διαφορετικές απαιτήσεις. Και οι λειτουργίες εικονικού δικτύου τοποθετούνται σε διαφορετικές τοποθεσίες σε κάθε τμήμα (δηλαδή, σύννεφο άκρων ή σύννεφο πυρήνα) σύμφωνα με διαφορετικά χαρακτηριστικά 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 χειριστές μπορούν να προσαρμόσουν την κοπή του δικτύου με τον τρόπο που θέλουν και πιθανώς τον πιο οικονομικό τρόπο.
Πώς να εφαρμόσετε ένα από τα Network Slicing(I);
(2) Τεμαχισμός δικτύου μεταξύ σύννεφων άκρης και πυρήνα: IP/MPLS-SDN
Η δικτύωση που ορίζεται από λογισμικό, αν και μια απλή έννοια όταν πρωτοεμφανίστηκε, γίνεται όλο και πιο περίπλοκη. Λαμβάνοντας τη μορφή Overlay ως παράδειγμα, 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 νέφους άκρων και των εικονικών μηχανών βασικού νέφους είναι ασφαλής. Το δίκτυο μεταξύ των εικονικών μηχανών πρέπει να υλοποιηθεί με βάση το IP/MPLS-SDN και το Transport SDN. Σε αυτό το άρθρο, εστιάζουμε στην IP/MPLS-SDN που παρέχεται από προμηθευτές δρομολογητών. Η Ericsson και η Juniper προσφέρουν και τα δύο προϊόντα αρχιτεκτονικής δικτύου IP/MPLS SDN. Οι λειτουργίες είναι ελαφρώς διαφορετικές, αλλά η συνδεσιμότητα μεταξύ VMS που βασίζεται σε SDN είναι πολύ παρόμοια.
Στο σύννεφο πυρήνα είναι εικονικοποιημένοι διακομιστές. Στον hypervisor του διακομιστή, εκτελέστε το ενσωματωμένο vRouter/vSwitch. Ο ελεγκτής SDN παρέχει τη διαμόρφωση της σήραγγας μεταξύ του εικονικού διακομιστή και του δρομολογητή DC G/W (ο δρομολογητής PE που δημιουργεί το MPLS L3 VPN στο κέντρο δεδομένων cloud). Δημιουργήστε σήραγγες SDN (π.χ. MPLS GRE ή VXLAN) μεταξύ κάθε εικονικής μηχανής (π.χ. πυρήνας IoT 5G) 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 στο σύννεφο άκρων, δημιουργώντας ένα slice iot συνδεδεμένο από το σύννεφο άκρων στη ραχοκοκαλιά IP/MPLS και μέχρι το σύννεφο πυρήνα. Αυτή η διαδικασία μπορεί να εφαρμοστεί με βάση τεχνολογίες και πρότυπα που είναι ώριμα και διαθέσιμα μέχρι στιγμής.
(3) Τεμαχισμός δικτύου μεταξύ σύννεφων άκρης και πυρήνα: IP/MPLS-SDN
Αυτό που απομένει τώρα είναι το κινητό δίκτυο fronthawall. Πώς κόβουμε αυτό το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας μεταξύ του σύννεφου αιχμής και της 5G RU; Πρώτα απ 'όλα, πρέπει πρώτα να καθοριστεί το δίκτυο 5G μπροστινών αποστάσεων. Υπάρχουν ορισμένες επιλογές υπό συζήτηση (π.χ. εισαγωγή ενός νέου δικτύου προώθησης βασισμένο σε πακέτα με επαναπροσδιορισμό της λειτουργικότητας των DU και RU), αλλά δεν έχει γίνει ακόμη τυπικός ορισμός. Το παρακάτω σχήμα είναι ένα διάγραμμα που παρουσιάζεται στην ομάδα εργασίας ITU IMT 2020 και δίνει ένα παράδειγμα εικονικού δικτύου fronhaul.
Παράδειγμα τεμαχισμού δικτύου 5G C-RAN από τον οργανισμό ITU
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-02-2024
