5G и нарезка сети
Когда широко упоминается 5G, наиболее обсуждаемой технологией среди них является Network Slicing. Сетевые операторы, такие как KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT, а также поставщики оборудования, такие как Ericsson, Nokia и Huawei, считают, что разделение сети является идеальной сетевой архитектурой для эпохи 5G.
Эта новая технология позволяет операторам разделить несколько виртуальных сквозных сетей в аппаратной инфраструктуре, при этом каждый сегмент сети логически изолируется от устройства, сети доступа, транспортной сети и базовой сети для удовлетворения различных характеристик различных типов услуг.
Для каждого сетевого сегмента полностью гарантируются выделенные ресурсы, такие как виртуальные серверы, пропускная способность сети и качество обслуживания. Поскольку срезы изолированы друг от друга, ошибки или сбои в одном срезе не повлияют на связь других срезов.
Почему 5G требует разделения сети?
От прошлого до нынешней сети 4G мобильные сети в основном обслуживают мобильные телефоны и, как правило, лишь частично оптимизируются для мобильных телефонов. Однако в эпоху 5G мобильные сети должны обслуживать устройства различных типов и требований. Многие из упомянутых сценариев применения включают мобильную широкополосную связь, крупномасштабный Интернет и критически важный Интернет. Всем им нужны разные типы сетей и разные требования к мобильности, учету, безопасности, контролю политик, задержке, надежности и так далее.
Например, крупномасштабный интернет-сервис подключает стационарные датчики для измерения температуры, влажности, осадков и т. д. Нет необходимости в хендовере, обновлении местоположения и других функциях основных обслуживающих телефонов в мобильной сети. Кроме того, критически важные интернет-услуги, такие как автономное вождение и дистанционное управление роботами, требуют сквозной задержки в несколько миллисекунд, что сильно отличается от услуг мобильной широкополосной связи.
Основные сценарии применения 5G
Означает ли это, что нам нужна выделенная сеть для каждого сервиса? Например, один обслуживает мобильные телефоны 5G, другой — массовый Интернет 5G, а третий — критически важный Интернет 5G. Нам это не нужно, потому что мы можем использовать сетевое разделение для отделения нескольких логических сетей от отдельной физической сети, что является очень экономичным подходом!
Требования к приложению для нарезки сети
Срез сети 5G, описанный в официальном документе 5G, выпущенном NGMN, показан ниже:
Как реализовать сквозное разделение сети?
(1) Сеть беспроводного доступа 5G и базовая сеть: NFV
В современной мобильной сети основным устройством является мобильный телефон. RAN(DU и RU) и основные функции создаются на основе специализированного сетевого оборудования, предоставляемого поставщиками RAN. Для реализации сегментирования сети обязательным условием является виртуализация сетевых функций (NFV). По сути, основная идея NFV заключается в развертывании программного обеспечения сетевых функций (т. е. MME, S/P-GW и PCRF в пакетном ядре и DU в RAN) целиком на виртуальных машинах на коммерческих серверах, а не отдельно на их выделенных серверах. сетевые устройства. Таким образом, RAN рассматривается как периферийное облако, а основная функция — как основное облако. Соединение между VMS, расположенной на периферии, и в основном облаке настраивается с помощью SDN. Затем для каждой услуги создается срез (т. е. срез телефона, массивный срез Интернета, критически важный срез Интернета и т. д.).
Как реализовать один из сетевых сегментов (I)?
На рисунке ниже показано, как каждое приложение, специфичное для службы, можно виртуализировать и установить в каждом слайсе. Например, нарезку можно настроить следующим образом:
(1) Нарезка UHD: виртуализация серверов DU, ядра 5G (UP) и кэша в периферийном облаке, а также виртуализация серверов ядра 5G (CP) и MVO в основном облаке.
(2) Нарезка телефонов: виртуализация ядер 5G (UP и CP) и серверов IMS с полными возможностями мобильности в основном облаке.
(3) Крупномасштабное разделение Интернета (например, сенсорные сети). Виртуализация простого и легкого ядра 5G в основном облаке не имеет возможностей управления мобильностью.
(4) Критически важное разделение интернета: виртуализация ядер 5G (UP) и связанных с ними серверов (например, серверов V2X) в периферийном облаке для минимизации задержки передачи.
До сих пор нам приходилось создавать выделенные фрагменты для сервисов с разными требованиями. Функции виртуальной сети размещаются в разных местах каждого сегмента (т. е. в периферийном облаке или базовом облаке) в соответствии с различными характеристиками обслуживания. Кроме того, некоторые сетевые функции, такие как биллинг, контроль политик и т. д., могут быть необходимы в одних слайсах, но не нужны в других. Операторы могут настраивать разделение сети так, как они хотят, и, вероятно, это самый экономичный способ.
Как реализовать один из сетевых сегментов (I)?
(2) Разделение сети между периферийным и основным облаком: IP/MPLS-SDN.
Программно-определяемые сети, хотя на момент своего появления они представляли собой простую концепцию, становятся все более сложными. На примере Overlay технология SDN может обеспечить сетевое соединение между виртуальными машинами в существующей сетевой инфраструктуре.
Сквозная нарезка сети
Во-первых, мы рассмотрим, как обеспечить безопасность сетевого соединения между периферийным облаком и виртуальными машинами основного облака. Сеть между виртуальными машинами необходимо реализовать на основе IP/MPLS-SDN и Transport SDN. В этой статье мы сосредоточимся на IP/MPLS-SDN, предоставляемом поставщиками маршрутизаторов. Ericsson и Juniper предлагают продукты для сетевой архитектуры IP/MPLS SDN. Операции немного отличаются, но возможности подключения между VMS на базе SDN очень похожи.
В основном облаке находятся виртуализированные серверы. В гипервизоре сервера запустите встроенный vRouter/vSwitch. Контроллер SDN обеспечивает настройку туннеля между виртуализированным сервером и маршрутизатором DC G/W (маршрутизатор PE, который создает VPN MPLS L3 в облачном центре обработки данных). Создайте туннели SDN (например, MPLS GRE или VXLAN) между каждой виртуальной машиной (например, ядром IoT 5G) и маршрутизаторами DC G/W в основном облаке.
Затем контроллер SDN управляет сопоставлением между этими туннелями и VPN MPLS L3, например IoT VPN. В периферийном облаке процесс тот же: создается IOT-срез, соединенный от периферийного облака с магистральной сетью IP/MPLS и вплоть до основного облака. Этот процесс может быть реализован на основе технологий и стандартов, которые на данный момент являются зрелыми и доступными.
(3) Разделение сети между периферийным и основным облаком: IP/MPLS-SDN.
Сейчас остается мобильная сеть Fronthawall. Как нам разрезать эту мобильную переднюю сеть между периферийным облаком и 5G RU? Прежде всего, сначала необходимо определить передовую сеть 5G. Обсуждаются некоторые варианты (например, введение новой пакетной прямой сети путем переопределения функциональности DU и RU), но стандартное определение еще не разработано. На следующем рисунке представлена диаграмма, представленная рабочей группой ITU IMT 2020, и приведен пример виртуализированной сети fronhaul.
Пример разделения сети 5G C-RAN организацией ITU
Время публикации: 02 февраля 2024 г.
