5G и сетевое нарезание
Когда речь заходит о 5G, именно сетевая нарезка становится самой обсуждаемой технологией. Такие операторы, как KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT, а также поставщики оборудования, такие как Ericsson, Nokia и Huawei, считают, что сетевая нарезка — идеальная сетевая архитектура для эпохи 5G.
Эта новая технология позволяет операторам разделять несколько виртуальных сквозных сетей в аппаратной инфраструктуре, а каждый сетевой сегмент логически изолирован от устройства, сети доступа, транспортной сети и базовой сети для соответствия различным характеристикам разных типов услуг.
Для каждого сетевого сегмента полностью гарантированы выделенные ресурсы, такие как виртуальные серверы, пропускная способность сети и качество обслуживания. Поскольку сегменты изолированы друг от друга, ошибки или сбои в одном сегменте не повлияют на работу других сегментов.
Зачем 5G нужна сегментация сети?
От прошлого до настоящего времени, в сетях 4G, мобильные сети обслуживали в основном мобильные телефоны и, как правило, лишь частично оптимизировались для них. Однако в эпоху 5G мобильные сети должны обслуживать устройства различных типов и требований. Многие из упомянутых сценариев применения включают мобильный широкополосный доступ, крупномасштабный Интернет вещей и критически важный Интернет вещей. Все они требуют разных типов сетей и предъявляют разные требования к мобильности, учёту, безопасности, контролю политик, задержкам, надёжности и т. д.
Например, крупномасштабный интернет вещей подключает стационарные датчики для измерения температуры, влажности, количества осадков и т. д. При этом не требуется хэндовер, обновление местоположения и другие функции основных обслуживающих телефонов в мобильной сети. Кроме того, критически важные интернет вещей, такие как автономное вождение и дистанционное управление роботами, требуют сквозной задержки в несколько миллисекунд, что существенно отличается от услуг мобильного широкополосного доступа.
Основные сценарии применения 5G
Означает ли это, что нам нужна отдельная сеть для каждой услуги? Например, одна сеть обслуживает мобильные телефоны 5G, другая — массовый интернет вещей 5G, а третья — критически важный интернет вещей 5G. Нам это не нужно, поскольку мы можем использовать сегментацию сети для разделения нескольких логических сетей из отдельной физической сети, что является очень экономичным подходом!
Требования к приложениям для нарезки сети
Ниже показан фрагмент сети 5G, описанный в техническом документе 5G, выпущенном NGMN:
Как реализовать сквозное сетевое разделение?
(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 построены на выделенном сетевом оборудовании, предоставляемом поставщиками RAN. Для реализации сетевой нарезки необходимым 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) на виртуальных машинах на коммерческих серверах, а не отдельно на их выделенных сетевых устройствах. Таким образом, RAN рассматривается как пограничное облако, в то время как основная функция рассматривается как основное облако. Соединение между VMS, расположенными на границе и в основном облаке, настраивается с помощью SDN. Затем для каждой услуги создается слайс (т. е. телефонный слайс, массивный слайс IoT, критически важный слайс IoT и т. д.).
Как реализовать один из методов Network Slicing(I)?
На рисунке ниже показано, как каждое сервисно-ориентированное приложение может быть виртуализировано и установлено в каждом слайсе. Например, слайсинг можно настроить следующим образом:
(1) UHD-нарезка: виртуализация DU, ядра 5G (UP) и серверов кэширования в периферийном облаке, а также виртуализация ядра 5G (CP) и серверов MVO в основном облаке
(2) Разделение телефонов: виртуализация ядер 5G (UP и CP) и серверов IMS с возможностями полной мобильности в базовом облаке
(3) Крупномасштабное разделение Интернета вещей (например, сенсорные сети): виртуализация простого и легкого ядра 5G в основном облаке не имеет возможностей управления мобильностью.
(4) Критически важная сегментация Интернета вещей: виртуализация ядер 5G (UP) и связанных с ними серверов (например, серверов V2X) в периферийном облаке для минимизации задержки передачи данных
До сих пор нам приходилось создавать выделенные слайсы для сервисов с различными требованиями. При этом функции виртуальной сети размещаются в разных местах каждого слайса (например, в периферийном облаке или в основном облаке) в зависимости от различных характеристик сервиса. Кроме того, некоторые сетевые функции, такие как биллинг, управление политиками и т. д., могут быть необходимы в одних слайсах, но не нужны в других. Операторы могут настраивать сетевые слайсы по своему усмотрению, вероятно, наиболее экономичным способом.
Как реализовать один из методов Network Slicing(I)?
(2) Разделение сети между периферийным и основным облаком: IP/MPLS-SDN
Программно-определяемые сети, хотя и были простой концепцией на момент своего появления, становятся всё более сложными. Например, технология Overlay (SDN) может обеспечить сетевое соединение между виртуальными машинами в существующей сетевой инфраструктуре.
Сквозное сетевое нарезание
Во-первых, мы рассмотрим, как обеспечить безопасность сетевого соединения между периферийным облаком и виртуальными машинами основного облака. Сеть между виртуальными машинами должна быть реализована на основе IP/MPLS-SDN и транспортной SDN. В данной статье мы сосредоточимся на IP/MPLS-SDN, предоставляемых производителями маршрутизаторов. Ericsson и Juniper предлагают решения для сетевой архитектуры IP/MPLS SDN. Принципы работы немного различаются, но подключение между VMS на базе SDN очень похоже.
В ядре облака находятся виртуализированные серверы. В гипервизоре сервера запустите встроенный vRouter/vSwitch. Контроллер SDN обеспечивает настройку туннеля между виртуализированным сервером и маршрутизатором DC G/W (маршрутизатором PE, создающим MPLS L3 VPN в облачном центре обработки данных). Создайте туннели SDN (например, MPLS GRE или VXLAN) между каждой виртуальной машиной (например, ядром 5G IoT) и маршрутизаторами DC G/W в ядре облака.
Затем контроллер SDN управляет сопоставлением этих туннелей с MPLS L3 VPN, например, IoT VPN. В периферийном облаке процесс аналогичен: создаётся IoT-слайс, подключенный от периферийного облака к магистральной сети IP/MPLS и далее к ядру облака. Этот процесс может быть реализован на основе уже существующих и зрелых технологий и стандартов.
(3) Разделение сети между периферийным и основным облаком: IP/MPLS-SDN
Остаётся только мобильная сеть fronthawall. Как разделить эту мобильную сеть fronthold между периферийным облаком и 5G RU? Прежде всего, необходимо определить сеть fronthaul 5G. Обсуждаются некоторые варианты (например, внедрение новой пакетной сети forward network путём переопределения функциональности DU и RU), но стандартное определение пока не разработано. На следующем рисунке представлена схема, представленная рабочей группой IMT 2020 МСЭ, и показан пример виртуализированной сети fronhaul.
Пример сегментации сети 5G C-RAN организацией МСЭ
Время публикации: 02 февраля 2024 г.
