Per què el 5G necessita un tall de xarxa, com implementar els talls de xarxa 5G?

5g i talla de xarxa
Quan es menciona àmpliament el 5G, el tall de xarxa és la tecnologia més discutida entre ells. Operadors de xarxa com KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT i venedors d’equips com Ericsson, Nokia i Huawei creuen que el tallat de xarxa és l’arquitectura de xarxa ideal per a l’era 5G.
Aquesta nova tecnologia permet als operadors dividir diverses xarxes de punta virtual virtual en una infraestructura de maquinari i cada llesca de xarxa està aïllada lògicament del dispositiu, la xarxa d’accés, la xarxa de transport i la xarxa bàsica per satisfer les diferents característiques de diversos tipus de serveis.
Per a cada llesca de xarxa, els recursos dedicats com ara servidors virtuals, amplada de banda de xarxa i qualitat del servei estan totalment garantits. Atès que les llesques estan aïllades entre si, els errors o les fallades en una llesca no afectaran la comunicació d'altres llesques.

Per què el 5G necessita un tall de xarxa?
Des del passat fins a la xarxa 4G actual, les xarxes mòbils serveixen principalment telèfons mòbils i, en general, només fan una optimització per als telèfons mòbils. No obstant això, en l'era 5G, les xarxes mòbils han de servir dispositius de diversos tipus i requisits. Molts dels escenaris de l'aplicació esmentats inclouen banda ampla mòbil, IoT a gran escala i IoT de missió crítica. Tots necessiten diferents tipus de xarxes i tenen requisits diferents en mobilitat, comptabilitat, seguretat, control de polítiques, latència, fiabilitat, etc.
Per exemple, un servei IoT a gran escala connecta sensors fixos per mesurar la temperatura, la humitat, les precipitacions, etc. No cal lliurar, actualitzacions d’ubicació i altres funcions dels telèfons de servei principals a la xarxa mòbil. A més, els serveis IoT crítics per a missions, com ara la conducció autònoma i el control remot dels robots, requereixen latència final a extrem de diversos mil·lisegons, que és molt diferent dels serveis de banda ampla mòbil.

Escenaris principals de l'aplicació de 5G
Això vol dir que necessitem una xarxa dedicada per a cada servei? Per exemple, un serveix per a telèfons mòbils 5G, un serveix 5G IoT massiu, i un serveix per 5G a la missió crítica IoT. No ho hem de fer, perquè podem utilitzar els talls de xarxa per dividir diverses xarxes lògiques d’una xarxa física separada, que és un enfocament molt rendible.

Requisits d'aplicació per a la reducció de la xarxa
A continuació, es mostra la llesca de xarxa 5G descrita al paper blanc 5G publicat pel NGMN:

Com podem implementar el tallat de xarxa de punta a extrem?
(1) Xarxa d'accés sense fils 5G i xarxa bàsica: NFV
A la xarxa mòbil actual, el dispositiu principal és el telèfon mòbil. RAN (DU i RU) i les funcions bàsiques es construeixen a partir d’equips de xarxa dedicats proporcionats pels venedors RAN. Per implementar el tallat de xarxa, la virtualització de la funció de xarxa (NFV) és un requisit previ. Bàsicament, la idea principal de NFV és desplegar el programari de funcions de xarxa (és a dir, MME, S/P-GW i PCRF al Packet Core i DU a la RAN) tots a les màquines virtuals dels servidors comercials en lloc de per separat en els seus dispositius de xarxa dedicats. D’aquesta manera, la RAN es tracta com el núvol de vora, mentre que la funció bàsica es tracta com el núvol bàsic. La connexió entre VM situada a la vora i al núvol del nucli es configura mitjançant SDN. A continuació, es crea una llesca per a cada servei (és a dir, una llesca de telèfon, una rodanxa IoT massiva, una rodanxa IoT de missió, etc.).

 

Com implementar un dels talladors de xarxa (i)?
La figura següent mostra com cada aplicació específica del servei es pot virtualitzar i instal·lar a cada llesca. Per exemple, es pot configurar el tallat de la manera següent:
(1) Slicing UHD: Servidors Virtualitzant DU, 5G Core (UP) i Cache al Cloud Edge i Virtualitzant els servidors 5G Core (CP) i MVO al núvol del nucli
(2) Slicing del telèfon: Virtualitzant nuclis 5G (UP i CP) i IMS servidors amb capacitats de mobilitat completa al Core Cloud
(3) Slicing IoT a gran escala (per exemple, xarxes de sensors): virtualitzar un nucli 5G senzill i lleuger al núvol bàsic no té capacitats de gestió de mobilitat
(4) Slicing IoT crític per a missions: Virtualització de nuclis 5G (UP) i servidors associats (per exemple, servidors V2X) al núvol de vora per minimitzar la latència de transmissió
Fins ara, hem necessitat crear llesques dedicades per a serveis amb diferents requisits. I les funcions de xarxa virtuals es col·loquen en diferents llocs de cada llesca (és a dir, núvol de vora o núvol de nucli) segons diferents característiques del servei. A més, algunes funcions de xarxa, com ara la facturació, el control de les polítiques, etc., poden ser necessàries en algunes llesques, però no en altres. Els operadors poden personalitzar la reducció de la xarxa de la manera que desitgen i, probablement, la manera més rendible.

Com implementar un dels talladors de xarxa (i)?
(2) Slicament de xarxa entre Edge i Core Cloud: IP/MPLS-SDN
El programari va definir la xarxa, tot i que un concepte senzill quan es va introduir per primera vegada, és cada cop més complex. Prenent la forma de superposició com a exemple, la tecnologia SDN pot proporcionar connexió de xarxa entre màquines virtuals de la infraestructura de xarxa existent.

Regalament de xarxa de punta a extrem
En primer lloc, mirem com assegurar -nos que la connexió de xarxa entre el núvol de vora i les màquines virtuals del núvol del nucli és segura. La xarxa entre les màquines virtuals ha de ser implementada a partir de IP/MPLS-SDN i Transport SDN. En aquest treball ens centrem en IP/MPLS-SDN proporcionats pels venedors del router. Ericsson i Juniper ofereixen productes d’arquitectura de xarxa IP/MPLS SDN. Les operacions són lleugerament diferents, però la connectivitat entre VM basada en SDN és molt similar.
Al Core Cloud hi ha servidors virtualitzats. A l’hipervisor del servidor, executeu el Vrouter/Vswitch integrat. El controlador SDN proporciona la configuració del túnel entre el servidor virtualitzat i l’encaminador DC G/W (l’encaminador PE que crea el MPLS L3 VPN al centre de dades del núvol). Creeu túnels SDN (és a dir, MPLS GRE o VXLAN) entre cada màquina virtual (per exemple, el nucli IoT) i els encaminadors DC G/W al núvol del nucli.
A continuació, el controlador SDN gestiona el mapeig entre aquests túnels i el MPLS L3 VPN, com el VPN IoT. El procés és el mateix al núvol de vora, creant una llesca IoT connectada des del núvol de vora fins a la columna vertebral IP/MPLS i fins al núvol del nucli. Aquest procés es pot implementar a partir de tecnologies i estàndards madurs i disponibles fins ara.
(3) Slicament de xarxa entre Edge i Core Cloud: IP/MPLS-SDN
El que queda ara és la xarxa mòbil Fronthawall. Com podem tallar aquesta xarxa de fronteres mòbils entre el Cloud Edge i el 5G RU? En primer lloc, primer s’ha de definir la xarxa 5G frontal. Hi ha algunes opcions en discussió (per exemple, introduint una nova xarxa de futur basada en paquets redefinint la funcionalitat de DU i RU), però encara no s'ha fet cap definició estàndard. La figura següent és un diagrama presentat al grup de treball ITU IMT 2020 i dóna un exemple de xarxa de fronhaul virtualitzada.

Exemple de 5G C-RAN de xarxa de xarxa per part de l'Organització ITU