5G og nettverksdeling
Når 5G nevnes mye, er Network Slicing den mest omtalte teknologien blant dem. Nettverksoperatører som KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT og utstyrsleverandører som Ericsson, Nokia og Huawei mener alle at Network Slicing er den ideelle nettverksarkitekturen for 5G-æraen.
Denne nye teknologien lar operatører dele flere virtuelle ende-til-ende-nettverk i en maskinvareinfrastruktur, og hver nettverksslice er logisk isolert fra enheten, aksessnettverket, transportnettverket og kjernenettverket for å møte de ulike egenskapene til ulike typer tjenester.
For hver nettverksslice er dedikerte ressurser som virtuelle servere, nettverksbåndbredde og tjenestekvalitet fullt garantert. Siden slissene er isolert fra hverandre, vil ikke feil eller svikt i én slice påvirke kommunikasjonen med andre slices.
Hvorfor trenger 5G nettverksdeling?
Fra det gamle til det nåværende 4G-nettverket har mobilnettverk hovedsakelig betjent mobiltelefoner, og generelt bare utført noe optimalisering for mobiltelefoner. I 5G-æraen må imidlertid mobilnettverk betjene enheter av ulike typer og med ulike krav. Mange av de nevnte applikasjonsscenarioene inkluderer mobilt bredbånd, storskala tingenes internett og forretningskritisk tingenes internett. De trenger alle forskjellige typer nettverk og har forskjellige krav til mobilitet, regnskap, sikkerhet, policykontroll, latens, pålitelighet og så videre.
For eksempel kobler en storskala IoT-tjeneste faste sensorer for å måle temperatur, fuktighet, nedbør osv. Det er ikke behov for overleveringer, posisjonsoppdateringer og andre funksjoner på de viktigste telefonene i mobilnettet. I tillegg krever forretningskritiske IoT-tjenester som autonom kjøring og fjernstyring av roboter en ende-til-ende-forsinkelse på flere millisekunder, noe som er svært forskjellig fra mobile bredbåndstjenester.
Hovedapplikasjonsscenarier for 5G
Betyr dette at vi trenger et dedikert nettverk for hver tjeneste? For eksempel betjener ett 5G-mobiltelefoner, ett betjener 5G massiv IoT, og ett betjener 5G forretningskritisk IoT. Det trenger vi ikke, fordi vi kan bruke nettverksdeling til å dele opp flere logiske nettverk fra et separat fysisk nettverk, noe som er en veldig kostnadseffektiv tilnærming!
Søknadskrav for nettverksdeling
5G-nettverksdelen som er beskrevet i 5G-hvitboken utgitt av NGMN er vist nedenfor:
Hvordan implementerer vi ende-til-ende nettverksslicing?
(1) 5G trådløst tilgangsnettverk og kjernenettverk: NFV
I dagens mobilnettverk er hovedenheten mobiltelefonen. RAN (DU og RU) og kjernefunksjoner er bygget fra dedikert nettverksutstyr levert av RAN-leverandører. For å implementere nettverksdeling er nettverksfunksjonsvirtualisering (NFV) en forutsetning. I bunn og grunn er hovedideen bak NFV å distribuere nettverksfunksjonsprogramvaren (dvs. MME, S/P-GW og PCRF i pakkekjernen og DU i RAN) i de virtuelle maskinene på de kommersielle serverne i stedet for separat i deres dedikerte nettverksenheter. På denne måten behandles RAN som kantskyen, mens kjernefunksjonen behandles som kjerneskyen. Forbindelsen mellom VMS som ligger på kanten og i kjerneskyen konfigureres ved hjelp av SDN. Deretter opprettes en slice for hver tjeneste (dvs. telefonslice, massive IoT-slice, misjonskritiske IoT-slice, osv.).
Hvordan implementere en av Network Slicing(I)-metodene?
Figuren nedenfor viser hvordan hver tjenestespesifikke applikasjon kan virtualiseres og installeres i hver sektor. For eksempel kan sektordeling konfigureres som følger:
(1) UHD-slicing: virtualisering av DU, 5G-kjerne (UP) og hurtigbufferservere i kantskyen, og virtualisering av 5G-kjerne (CP) og MVO-servere i kjerneskyen
(2) Telefondeling: virtualisering av 5G-kjerner (UP og CP) og IMS-servere med full mobilitetsfunksjonalitet i kjerneskyen
(3) Storskala IoT-slicing (f.eks. sensornettverk): Virtualisering av en enkel og lett 5G-kjerne i kjerneskyen har ingen mobilitetsstyringsmuligheter.
(4) Driftskritisk IoT-slicing: Virtualisering av 5G-kjerner (UP) og tilhørende servere (f.eks. V2X-servere) i edge-skyen for å minimere overføringsforsinkelser.
Så langt har vi måttet lage dedikerte skiver for tjenester med ulike krav. Og de virtuelle nettverksfunksjonene plasseres på forskjellige steder i hver skive (f.eks. kantsky eller kjernesky) i henhold til ulike tjenesteegenskaper. I tillegg kan noen nettverksfunksjoner, som fakturering, policykontroll osv., være nødvendige i noen skiver, men ikke i andre. Operatører kan tilpasse nettverksslicing slik de vil, og sannsynligvis på den mest kostnadseffektive måten.
Hvordan implementere en av Network Slicing(I)-metodene?
(2) Nettverksdeling mellom kant- og kjerneskyen: IP/MPLS-SDN
Programvaredefinert nettverk, selv om det var et enkelt konsept da det først ble introdusert, blir stadig mer komplekst. Med formen av Overlay som eksempel kan SDN-teknologi gi nettverkstilkobling mellom virtuelle maskiner på den eksisterende nettverksinfrastrukturen.
Ende-til-ende nettverksslicing
Først ser vi på hvordan vi kan sikre at nettverksforbindelsen mellom kantskyen og kjerneskyens virtuelle maskiner er sikker. Nettverket mellom de virtuelle maskinene må implementeres basert på IP/MPLS-SDN og Transport SDN. I denne artikkelen fokuserer vi på IP/MPLS-SDN levert av ruterleverandører. Ericsson og Juniper tilbyr begge IP/MPLS SDN-nettverksarkitekturprodukter. Driften er litt forskjellig, men tilkoblingen mellom SDN-baserte VMS er veldig lik.
I kjerneskyen er det virtualiserte servere. I serverens hypervisor kjører du den innebygde vRouter/vSwitch. SDN-kontrolleren sørger for tunnelkonfigurasjonen mellom den virtualiserte serveren og DC G/W-ruteren (PE-ruteren som oppretter MPLS L3 VPN i skydatasenteret). Opprett SDN-tunneler (dvs. MPLS GRE eller VXLAN) mellom hver virtuelle maskin (f.eks. 5G IoT-kjerne) og DC G/W-rutere i kjerneskyen.
SDN-kontrolleren administrerer deretter mappingen mellom disse tunnelene og MPLS L3 VPN, for eksempel IoT VPN. Prosessen er den samme i edge-skyen, og oppretter en IoT-slice koblet fra edge-skyen til IP/MPLS-ryggraden og helt til kjerne-skyen. Denne prosessen kan implementeres basert på teknologier og standarder som er modne og tilgjengelige så langt.
(3) Nettverksdeling mellom kant- og kjerneskyen: IP/MPLS-SDN
Det som gjenstår nå er det mobile fronthaul-nettverket. Hvordan kutter vi dette mobile fronthold-nettverket mellom edge-skyen og 5G RU? Først og fremst må 5G fronthaul-nettverket defineres. Det er noen alternativer under diskusjon (f.eks. å introdusere et nytt pakkebasert fremoverrettet nettverk ved å omdefinere funksjonaliteten til DU og RU), men ingen standarddefinisjon er laget ennå. Figuren nedenfor er et diagram presentert i ITU IMT 2020-arbeidsgruppen og gir et eksempel på et virtualisert fronthaul-nettverk.
Eksempel på 5G C-RAN-nettverksdeling av ITU-organisasjonen
Publisert: 02.02.2024
