5G и сетевое нарезка
Когда широко упоминается 5G, Network Slicing является наиболее обсуждаемой технологией среди них. Сетевые операторы, такие как KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT, а также поставщики оборудования, такие как Ericsson, Nokia и Huawei, считают, что Network Slicing является идеальной сетевой архитектурой 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 различных типов услуг.
Для каждого сетевого среза полностью гарантированы 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.
Зачем 5G нужно сетевое нарезка?
От прошлого до нынешней сети 4G мобильные сети в основном обслуживают мобильные телефоны и, как правило, выполняют лишь некоторую оптимизацию 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 вещей и критически важный интернет вещей. Всем им нужны разные типы сетей и разные требования к мобильности, учету, безопасности, контролю политик, задержке, надежности и т. д.
Например, крупномасштабная услуга IoT подключает фиксированные датчики для измерения температуры, влажности, количества осадков и т. д. Нет необходимости в хэндоверах, обновлениях местоположения и других функциях основных обслуживающих телефонов в мобильной сети. Кроме того, критически важные услуги IoT, 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 каждой услуги? Например, одна обслуживает мобильные телефоны 5G, одна обслуживает 5G massive iot, а одна обслуживает 5G mission critical iot. Нам это не нужно, потому что мы можем использовать сетевое нарезание для разделения нескольких логических сетей из отдельной физической сети, что является очень экономически эффективным подходом!
Требования к приложениям для сетевого слайсинга
Ниже показан фрагмент сети 5G, описанный в официальном документе 5G, выпущенном NGMN:
Как реализовать сквозное сетевое нарезание?
(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 строятся на основе выделенного сетевого оборудования, предоставляемого поставщиками RAN. Для реализации сетевой нарезки 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) 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 службы создается слайс (т. е. телефонный слайс, массивный слайс IoT, критически важный слайс IoT и т. д.).
Как реализовать один из методов сетевого слайсинга(I)?
На рисунке ниже показано, как каждое приложение, специфичное для сервиса, может быть виртуализировано и установлено в каждом слайсе. Например, слайсинг может быть настроен 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) Нарезка 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 разными требованиями. И функции виртуальной сети размещаются в разных местах в каждом слайсе (например, в периферийном облаке или в основном облаке) в соответствии с разными характеристиками сервиса. Кроме того, некоторые сетевые функции, такие как выставление счетов, управление политиками и т. д., могут быть необходимы в некоторых слайсах, но не в других. Операторы могут настраивать сетевое слайсирование так, как им хочется, и, вероятно, наиболее экономически эффективным способом.
Как реализовать один из методов сетевого слайсинга(I)?
(2) Разделение сети между периферийным и основным облаком: IP/MPLS-SDN
Программно-определяемая сеть, хотя и была простой концепцией, когда она была впервые представлена, становится все более сложной. Взяв в качестве примера форму Overlay, технология 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 пограничным облаком и виртуальными машинами основного облака. Сеть между виртуальными машинами должна быть реализована на основе IP/MPLS-SDN и Transport SDN. В этой статье мы сосредоточимся на IP/MPLS-SDN, предоставляемых поставщиками маршрутизаторов. Ericsson и Juniper предлагают продукты сетевой архитектуры IP/MPLS SDN. Операции немного отличаются, но подключение между VMS на основе SDN очень похоже.
В основном облаке находятся виртуализированные серверы. В гипервизоре сервера запустите встроенный vRouter/vSwitch. Контроллер SDN обеспечивает конфигурацию туннеля между виртуализированным сервером и маршрутизатором DC G/W (маршрутизатор PE, который создает MPLS L3 VPN в облачном центре обработки данных). Создайте туннели SDN (т. е. MPLS GRE или VXLAN) между каждой виртуальной машиной (например, ядром 5G IoT) и маршрутизаторами DC G/W в основном облаке.
Затем контроллер SDN управляет сопоставлением между этими туннелями и MPLS L3 VPN, например, IoT VPN. Процесс тот же самый в пограничном облаке, создавая iot-срез, подключенный от пограничного облака к магистрали IP/MPLS и вплоть до основного облака. Этот процесс может быть реализован на основе технологий и стандартов, которые являются зрелыми и доступными на данный момент.
(3) Разделение сети между периферийным и основным облаком: IP/MPLS-SDN
Теперь остается только мобильная fronthawall-сеть. Как нам разрезать эту мобильную fronthold-сеть между граничным облаком и 5G RU? Прежде всего, необходимо определить front-haul-сеть 5G. Обсуждаются некоторые варианты (например, внедрение новой пакетной прямой сети путем переопределения функциональности DU и RU), но стандартного определения пока не дано. На следующем рисунке представлена диаграмма, представленная в рабочей группе ITU IMT 2020, и дан пример виртуализированной fronhaul-сети.
Пример сегментации сети 5G C-RAN организацией МСЭ
Время публикации: 02.02.2024
