5G i segmentació de xarxa
Quan es parla àmpliament del 5G, el Network Slicing és la tecnologia més debatuda. Els operadors de xarxa com KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT i els proveïdors d'equips com Ericsson, Nokia i Huawei creuen que el Network Slicing és l'arquitectura de xarxa ideal per a l'era del 5G.
Aquesta nova tecnologia permet als operadors dividir múltiples xarxes virtuals d'extrem a extrem en una infraestructura de maquinari, i cada porció de xarxa està aïllada lògicament del dispositiu, la xarxa d'accés, la xarxa de transport i la xarxa central per satisfer les diferents característiques de diversos tipus de serveis.
Per a cada porció de xarxa, els recursos dedicats com ara servidors virtuals, amplada de banda de xarxa i qualitat de servei estan totalment garantits. Com que les porcions estan aïllades entre si, els errors o fallades en una porció no afectaran la comunicació de les altres porcions.
Per què el 5G necessita el Network Slicing?
Des del passat fins a la xarxa 4G actual, les xarxes mòbils donen servei principalment a telèfons mòbils i, en general, només fan alguna optimització per a telèfons mòbils. Tanmateix, a l'era del 5G, les xarxes mòbils han de donar servei a dispositius de diversos tipus i requisits. Molts dels escenaris d'aplicació esmentats inclouen la banda ampla mòbil, la IoT a gran escala i la IoT de missió crítica. Tots necessiten diferents tipus de xarxes i tenen diferents requisits en mobilitat, comptabilitat, seguretat, control de polítiques, latència, fiabilitat, etc.
Per exemple, un servei d'Internet de les Coses (IoT) a gran escala connecta sensors fixos per mesurar la temperatura, la humitat, la pluja, etc. No calen traspassos, actualitzacions d'ubicació ni altres funcions dels principals telèfons que donen servei a la xarxa mòbil. A més, els serveis d'IoT crítics, com ara la conducció autònoma i el control remot de robots, requereixen una latència d'extrem a extrem de diversos mil·lisegons, cosa que és molt diferent dels serveis de banda ampla mòbil.
Principals escenaris d'aplicació del 5G
Vol dir això que necessitem una xarxa dedicada per a cada servei? Per exemple, una serveix per a telèfons mòbils 5G, una serveix per a Internet de les Coses (IoT) massiu 5G i una serveix per a Internet de les Coses (IoT) de missió crítica 5G. No cal, perquè podem utilitzar el segmentament de xarxa per dividir diverses xarxes lògiques d'una xarxa física separada, cosa que és un enfocament molt rendible!
Requisits de l'aplicació per a la segmentació de xarxa
La secció de xarxa 5G descrita al document informatiu sobre el 5G publicat per l'NGMN es mostra a continuació:
Com implementem el Network Slicing de punta a punta?
(1) Xarxa d'accés sense fil 5G i xarxa central: NFV
A la xarxa mòbil actual, el dispositiu principal és el telèfon mòbil. La xarxa RAN (DU i RU) i les funcions principals es construeixen a partir d'equips de xarxa dedicats proporcionats pels proveïdors de RAN. Per implementar el segmentament de la xarxa, la virtualització de funcions de xarxa (NFV) és un requisit previ. Bàsicament, la idea principal de la NFV és desplegar el programari de funcions de xarxa (és a dir, MME, S/P-GW i PCRF al nucli de paquets i DU al RAN) tot a les màquines virtuals dels servidors comercials en lloc de per separat als seus dispositius de xarxa dedicats. D'aquesta manera, la RAN es tracta com el núvol perimetral, mentre que la funció principal es tracta com el núvol central. La connexió entre els VMS situats a la vora i al núvol central es configura mitjançant SDN. A continuació, es crea un segment per a cada servei (és a dir, segment de telèfon, segment d'IoT massiu, segment d'IoT de missió crítica, etc.).
Com implementar un dels Network Slicing(I)?
La figura següent mostra com es pot virtualitzar i instal·lar cada aplicació específica del servei a cada porció. Per exemple, la porció es pot configurar de la manera següent:
(1) Segmentació UHD: virtualització de servidors DU, 5G core (UP) i memòria cau al núvol perimetral i virtualització de servidors 5G core (CP) i MVO al núvol central.
(2) Segmentació de telèfons: virtualització de nuclis 5G (UP i CP) i servidors IMS amb capacitats de mobilitat completes al núvol central
(3) Segmentació de la IoT a gran escala (per exemple, xarxes de sensors): la virtualització d'un nucli 5G simple i lleuger al núvol central no té capacitats de gestió de la mobilitat.
(4) Segmentació de la IoT de missió crítica: virtualització de nuclis 5G (UP) i servidors associats (per exemple, servidors V2X) al núvol perimetral per minimitzar la latència de transmissió
Fins ara, hem necessitat crear segments dedicats per a serveis amb requisits diferents. I les funcions de xarxa virtual es col·loquen en ubicacions diferents de cada segment (és a dir, núvol perimetral o núvol central) segons les diferents característiques del servei. A més, algunes funcions de xarxa, com ara la facturació, el control de polítiques, etc., poden ser necessàries en alguns segments, però no en d'altres. Els operadors poden personalitzar el segmentament de la xarxa com vulguin, i probablement de la manera més rendible.
Com implementar un dels Network Slicing(I)?
(2) Segmentació de la xarxa entre el núvol perifèric i el nucli: IP/MPLS-SDN
Les xarxes definides per programari, tot i que eren un concepte simple quan es van introduir per primera vegada, s'estan tornant cada cop més complexes. Prenent com a exemple la forma de superposició, la tecnologia SDN pot proporcionar connexió de xarxa entre màquines virtuals a la infraestructura de xarxa existent.
Segmentació de xarxa d'extrem a extrem
En primer lloc, analitzem com garantir que la connexió de xarxa entre el núvol perimetral i les màquines virtuals del núvol central sigui segura. La xarxa entre les màquines virtuals s'ha d'implementar basada en IP/MPLS-SDN i Transport SDN. En aquest article, ens centrem en IP/MPLS-SDN proporcionat pels proveïdors d'encaminadors. Ericsson i Juniper ofereixen productes d'arquitectura de xarxa IP/MPLS SDN. Les operacions són lleugerament diferents, però la connectivitat entre els VMS basats en SDN és molt similar.
Al núvol principal 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 la VPN MPLS L3 al centre de dades del núvol). Creeu túnels SDN (és a dir, MPLS GRE o VXLAN) entre cada màquina virtual (per exemple, nucli 5G IoT) i els encaminadors DC G/W al núvol principal.
El controlador SDN gestiona el mapatge entre aquests túnels i la VPN MPLS L3, com ara la VPN IoT. El procés és el mateix al núvol perimetral, creant una porció d'IoT connectada des del núvol perimetral fins a la xarxa troncal IP/MPLS i fins al núvol central. Aquest procés es pot implementar basant-se en tecnologies i estàndards que siguin madurs i disponibles fins ara.
(3) Segmentació de xarxa entre el núvol perifèric i el nucli: IP/MPLS-SDN
El que queda ara és la xarxa fronthaul mòbil. Com tallem aquesta xarxa fronthold mòbil entre el núvol perimetral i la RU 5G? En primer lloc, primer cal definir la xarxa front-haul 5G. Hi ha algunes opcions en debat (per exemple, introduir una nova xarxa de reenviament basada en paquets redefinint la funcionalitat de la DU i la 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 d'una xarxa fronthaul virtualitzada.
Exemple de segmentació de xarxa 5G C-RAN per part de l'organització ITU
Data de publicació: 02-02-2024
