5G и мрежово нарязване
Когато 5G се споменава широко, Network Slicing е най-обсъжданата технология сред тях. Мрежови оператори като KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT и доставчици на оборудване като Ericsson, Nokia и Huawei вярват, че Network Slicing е идеалната мрежова архитектура за ерата на 5G.
Тази нова технология позволява на операторите да разделят множество виртуални мрежи от край до край в хардуерна инфраструктура и всеки мрежов сегмент е логически изолиран от устройството, мрежата за достъп, транспортната мрежа и основната мрежа, за да отговори на различните характеристики на различни видове услуги.
За всеки мрежов сегмент са напълно гарантирани специални ресурси като виртуални сървъри, честотна лента на мрежата и качество на услугата. Тъй като сегментите са изолирани един от друг, грешките или повреди в един сегмент няма да повлияят на комуникацията на други сегменти.
Защо 5G се нуждае от Network Slicing?
От миналото до сегашната 4G мрежа мобилните мрежи обслужват предимно мобилни телефони и като цяло извършват само известна оптимизация за мобилни телефони. В ерата на 5G обаче мобилните мрежи трябва да обслужват устройства от различни видове и изисквания. Много от споменатите сценарии за приложения включват мобилна широколентова връзка, широкомащабни iot и критични за мисията iot. Всички те се нуждаят от различни типове мрежи и имат различни изисквания за мобилност, счетоводство, сигурност, контрол на политиката, латентност, надеждност и т.н.
Например, широкомащабна iot услуга свързва фиксирани сензори за измерване на температура, влажност, валежи и т.н. Няма нужда от предавания, актуализации на местоположението и други функции на основните обслужващи телефони в мобилната мрежа. В допълнение, критичните за мисията IOT услуги като автономно шофиране и дистанционно управление на роботи изискват латентност от край до край от няколко милисекунди, което е много различно от мобилните широколентови услуги.
Основни сценарии за приложение на 5G
Това означава ли, че се нуждаем от специална мрежа за всяка услуга? Например, един обслужва 5G мобилни телефони, един обслужва 5G масивен iot, а един обслужва 5G критичен за мисията iot. Не е нужно, защото можем да използваме мрежово нарязване, за да разделим множество логически мрежи от отделна физическа мрежа, което е много рентабилен подход!
Изисквания към приложението за мрежово нарязване
Срезът на 5G мрежата, описан в 5G бялата книга, публикувана от NGMN, е показан по-долу:
Как да внедрим мрежово нарязване от край до край?
(1) 5G безжична мрежа за достъп и основна мрежа: NFV
В съвременната мобилна мрежа основното устройство е мобилният телефон. RAN(DU и RU) и основните функции са изградени от специално мрежово оборудване, предоставено от доставчици на RAN. За прилагане на мрежово нарязване, виртуализацията на мрежовата функция (NFV) е предпоставка. По принцип основната идея на NFV е да разгърне софтуера за мрежови функции (т.е. MME, S/P-GW и PCRF в ядрото на пакета и DU в RAN) всички във виртуалните машини на търговските сървъри, вместо отделно в техните специални мрежови устройства. По този начин RAN се третира като крайния облак, докато основната функция се третира като основния облак. Връзката между VMS, разположен на ръба и в основния облак, се конфигурира с помощта на SDN. След това се създава срез за всяка услуга (т.е. телефонен срез, масивен iot срез, критичен за мисията срез на iot и т.н.).
Как да внедрим един от Network Slicing(I)?
Фигурата по-долу показва как всяко специфично за услугата приложение може да бъде виртуализирано и инсталирано във всеки срез. Например нарязването може да бъде конфигурирано по следния начин:
(1)UHD нарязване: виртуализиране на DU, 5G ядро (UP) и кеш сървъри в крайния облак и виртуализиране на 5G ядро (CP) и MVO сървъри в основния облак
(2) Срязване на телефона: виртуализиране на 5G ядра (UP и CP) и IMS сървъри с пълни възможности за мобилност в основния облак
(3) Мащабно нарязване на iot (напр. сензорни мрежи): Виртуализирането на просто и леко 5G ядро в основния облак няма възможности за управление на мобилността
(4) Критично нарязване на iot: Виртуализиране на 5G ядра (UP) и свързани сървъри (напр. V2X сървъри) в крайния облак за минимизиране на забавянето на предаването
Досега трябваше да създадем специални срезове за услуги с различни изисквания. Функциите на виртуалната мрежа се поставят на различни места във всеки срез (т.е. периферен облак или основен облак) според различните характеристики на услугата. В допълнение, някои мрежови функции, като фактуриране, контрол на правилата и т.н., може да са необходими в някои сегменти, но не и в други. Операторите могат да персонализират нарязването на мрежата по начина, по който желаят и вероятно по най-рентабилния начин.
Как да внедрим един от Network Slicing(I)?
(2) Мрежово нарязване между крайния и основния облак: IP/MPLS-SDN
Софтуерно дефинираната мрежа, макар и проста концепция, когато беше представена за първи път, става все по-сложна. Вземайки формата на Overlay като пример, SDN технологията може да осигури мрежова връзка между виртуални машини в съществуващата мрежова инфраструктура.
Мрежово нарязване от край до край
Първо, разглеждаме как да гарантираме, че мрежовата връзка между крайния облак и виртуалните машини в основния облак е защитена. Мрежата между виртуалните машини трябва да бъде реализирана на базата на IP/MPLS-SDN и Transport SDN. В тази статия се фокусираме върху IP/MPLS-SDN, предоставен от доставчиците на рутери. Ericsson и Juniper предлагат продукти за IP/MPLS SDN мрежова архитектура. Операциите са малко по-различни, но свързаността между базирани на SDN VMS е много сходна.
В основния облак са виртуализирани сървъри. В хипервайзора на сървъра стартирайте вградения vRouter/vSwitch. SDN контролерът осигурява конфигурацията на тунела между виртуализирания сървър и DC G/W рутера (PE рутера, който създава MPLS L3 VPN в облачния център за данни). Създайте SDN тунели (т.е. MPLS GRE или VXLAN) между всяка виртуална машина (напр. 5G IoT ядро) и DC G/W рутери в основния облак.
След това SDN контролерът управлява картографирането между тези тунели и MPLS L3 VPN, като например IoT VPN. Процесът е същият в крайния облак, създавайки iot срез, свързан от крайния облак към IP/MPLS гръбнака и чак до основния облак. Този процес може да бъде приложен въз основа на технологии и стандарти, които са зрели и налични досега.
(3) Мрежово нарязване между крайния и основния облак: IP/MPLS-SDN
Това, което остава сега, е мобилната fronthawall мрежа. Как да прекъснем тази мобилна предна мрежа между крайния облак и 5G RU? На първо място, първо трябва да се дефинира 5G мрежата за преден достъп. Има някои опции в процес на обсъждане (напр. въвеждане на нова базирана на пакети препращаща мрежа чрез предефиниране на функционалността на DU и RU), но все още не е направена стандартна дефиниция. Следващата фигура е диаграма, представена в работната група на ITU IMT 2020, и дава пример за виртуализирана мрежа fronhaul.
Пример за нарязване на 5G C-RAN мрежа от ITU организация
Време на публикуване: 02 февруари 2024 г
