5G и мрежово сегментиране
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 5G ерата.
Тази нова технология позволява на операторите да разделят множество виртуални мрежи от край до край в хардуерна инфраструктура, като всеки мрежов сегмент е логически изолиран от устройството, мрежата за достъп, транспортната мрежа и основната мрежа, за да отговори на различните характеристики на различните видове услуги.
За всеки мрежов сегмент са напълно гарантирани специални ресурси, като виртуални сървъри, мрежова честотна лента и качество на обслужване. Тъй като сегментите са изолирани един от друг, грешки или повреди в един сегмент няма да повлияят на комуникацията на другите сегменти.
Защо 5G се нуждае от мрежово нарязване?
От миналото до настоящите 4G мрежи, мобилните мрежи обслужват главно мобилни телефони и обикновено правят 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 на приложение включват мобилен широколентов достъп, мащабен интернет на нещата (IoT) и критично важен за мисията IoT. Всички те се нуждаят от различни видове мрежи и имат различни изисквания по отношение на мобилност, счетоводство, сигурност, контрол на политиките, латентност, надеждност и т.н.
Например, мащабна IoT услуга свързва фиксирани сензори за измерване на температура, влажност, валежи и др. Няма нужда от предаване на данни, актуализации на местоположението и други функции на основните обслужващи телефони в мобилната мрежа. Освен това, критично важни 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 на приложение на 5G
Означава ли това, че се нуждаем от отделна мрежа за всяка услуга? Например, една обслужва 5G мобилни телефони, една обслужва 5G масивен интернет на нещата (IoT) и една обслужва 5G критично важен за мисията IoT. Не е необходимо, защото можем да използваме мрежово разрязване (slicing), за да разделим множество логически мрежи от отделна физическа мрежа, което е много рентабилен подход!
Изисквания за приложение за мрежово сегментиране
5G мрежовият сегмент, описан в бялата книга за 5G, публикувана от NGMN, е показан по-долу:
Как да внедрим цялостно мрежово нарязване (end-to-end slicing)?
(1) 5G безжична мрежа за достъп и основна мрежа: NFV
В днешната 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 да се реализира мрежово сегментиране, виртуализацията на мрежовите функции (NFV) е предпоставка. Основната идея на NFV е да се разположи софтуерът за мрежови функции (т.е. MME, S/P-GW и PCRF в ядрото на пакетите и DU в RAN) във виртуалните машини на търговските сървъри, вместо поотделно в техните специални мрежови устройства. По този начин RAN се третира като edge cloud, докато основната функция се третира като core cloud. Връзката между VMS, разположена на edge, и в core cloud, се конфигурира с помощта на SDN. След това се създава сегмент за всяка услуга (т.е. телефонен сегмент, масивен IoT сегмент, критичен за мисията IoT сегмент и др.).
Как да се имплементира едно от мрежовите нарязвания (Network Slicing(I))?
Фигурата по-долу показва как всяко специфично за услугата приложение може да бъде виртуализирано и инсталирано във всеки сегмент. Например, сегментирането може да бъде конфигурирано както следва:
(1)UHD нарязване: виртуализиране на DU, 5G ядро (UP) и кеш сървъри в edge cloud и виртуализиране на 5G ядро (CP) и MVO сървъри в core cloud
(2) Разделяне на телефонни данни: виртуализиране на 5G ядра (UP и CP) и IMS сървъри с пълни възможности за мобилност в основния облак
(3) Мащабно разделяне на интернет на нещата (напр. сензорни мрежи): Виртуализирането на просто и леко 5G ядро в облака на ядрото няма възможности за управление на мобилността.
(4) Критично важно разделяне на интернет на нещата: Виртуализиране на 5G ядра (UP) и свързани сървъри (напр. V2X сървъри) в edge cloud за минимизиране на латентността при предаване
Досега се налагаше да създаваме специални сегменти за услуги с различни изисквания. Функциите на виртуалната мрежа са разположени на различни места във всеки сегмент (т.е. edge cloud или core cloud) според различните характеристики на услугата. Освен това, някои мрежови функции, като например фактуриране, контрол на политиките и др., може да са необходими в някои сегменти, но не и в други. Операторите могат да персонализират разделянето на мрежата по начина, по който желаят, и вероятно по най-рентабилния начин.
Как да се имплементира едно от мрежовите нарязвания (Network Slicing(I))?
(2) Разделяне на мрежата между периферния и основния облак: IP/MPLS-SDN
Софтуерно дефинираните мрежи, макар и проста концепция, когато са въведени за първи път, стават все по-сложни. Вземайки за пример формата на Overlay, SDN технологията може да осигури мрежова връзка между виртуални машини в съществуващата мрежова инфраструктура.
Цялостно мрежово разрязване
Първо, ще разгледаме как да гарантираме сигурността на мрежовата връзка между периферния облак и виртуалните машини в основния облак. 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, предоставяни от доставчиците на рутери. Ericsson и Juniper предлагат продукти за мрежова архитектура IP/MPLS SDN. Операциите са малко по-различни, но свързаността между VMS, базирани на SDN, е много подобна.
В основния облак се намират виртуализирани сървъри. В хипервизора на сървъра се изпълнява вграденият 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 съпоставянето между тези тунели и MPLS L3 VPN, като например IoT VPN. Процесът е същият и в edge cloud, създавайки IoT сегмент, свързан от edge cloud към IP/MPLS гръбнака и чак до core cloud. Този процес може да бъде реализиран въз основа на технологии и стандарти, които са зрели и достъпни до момента.
(3) Разделяне на мрежата между периферен и централен облак: IP/MPLS-SDN
Това, което остава сега, е мобилната fronthaul мрежа. Как да разделим тази мобилна fronthold мрежа между edge cloud и 5G RU? Преди всичко, първо трябва да се дефинира 5G front-haul мрежата. Обсъждат се някои опции (например, въвеждане на нова пакетно-базирана forward мрежа чрез предефиниране на функционалността на DU и RU), но все още не е направено стандартно определение. Следващата фигура е диаграма, представена в работната група на ITU IMT 2020, и дава пример за виртуализирана fronthaul мрежа.
Пример за разделяне на 5G C-RAN мрежа от организацията ITU
Време на публикуване: 02 февруари 2024 г.
