5G ja verkon viipalointi
Kun 5G mainitaan laajasti, Network Slicing on niistä eniten keskusteltu tekniikka. Verkko-operaattorit, kuten KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT ja laitetoimittajat, kuten Ericsson, Nokia ja Huawei, uskovat kaikki, että Network Slicing on ihanteellinen verkkoarkkitehtuuri 5G-aikakaudelle.
Tämän uuden tekniikan avulla operaattorit voivat jakaa useita virtuaalisia päästä päähän -verkkoja laitteistoinfrastruktuuriin, ja jokainen Network Slice on loogisesti eristetty laitteesta, liityntäverkosta, siirtoverkosta ja ydinverkosta, jotta se vastaa erityyppisten palvelujen eri ominaisuuksia.
Jokaiselle Network Slice -alueelle taataan täysin omistetut resurssit, kuten virtuaalipalvelimet, verkon kaistanleveys ja palvelun laatu. Koska viipaleet on eristetty toisistaan, virheet tai epäonnistumiset yhdessä viipaleessa eivät vaikuta muiden osien viestintään.
Miksi 5G tarvitsee verkon viipalointia?
Menneisyydestä nykyiseen 4G-verkkoon matkaviestinverkot palvelevat pääasiassa matkapuhelimia ja tekevät yleensä vain jonkin verran optimointia matkapuhelimille. 5G-aikakaudella mobiiliverkkojen on kuitenkin palveltava erilaisia laitteita ja vaatimuksia. Monet mainituista sovellusskenaarioista sisältävät mobiililaajakaistan, laajamittaisen iotin ja kriittisen tehtävän. Ne kaikki tarvitsevat erityyppisiä verkkoja ja niillä on erilaiset vaatimukset liikkuvuuden, kirjanpidon, turvallisuuden, politiikan hallinnan, latenssin, luotettavuuden ja niin edelleen suhteen.
Esimerkiksi laajamittainen iot-palvelu yhdistää kiinteitä antureita mittaamaan lämpötilaa, kosteutta, sademäärää jne. Mobiiliverkon pääpalvelevien puhelimien kanavanvaihtoja, sijaintipäivityksiä ja muita ominaisuuksia ei tarvita. Lisäksi kriittiset iot-palvelut, kuten autonominen ajo ja robottien kauko-ohjaus, vaativat useiden millisekuntien päästä päähän -latenssia, joka eroaa suuresti mobiililaajakaistapalveluista.
5G:n pääsovellusskenaariot
Tarkoittaako tämä sitä, että tarvitsemme oman verkon jokaista palvelua varten? Esimerkiksi yksi palvelee 5G-matkapuhelimia, toinen palvelee 5G-massasta ja toinen 5G-tehtäväkriittistä asiaa. Meidän ei tarvitse, koska voimme käyttää verkon viipalointia useiden loogisten verkkojen erottamiseen erillisestä fyysisestä verkosta, mikä on erittäin kustannustehokas lähestymistapa!
Verkkoleikkauksen sovellusvaatimukset
NGMN:n julkaisemassa 5G-valkoisessa kirjassa kuvattu 5G-verkkoosuus on esitetty alla:
Kuinka toteutamme päästä päähän verkon viipaloinnin?
(1) 5G langaton liityntäverkko ja ydinverkko: NFV
Tämän päivän matkapuhelinverkossa päälaite on matkapuhelin. RAN(DU ja RU) ja ydintoiminnot on rakennettu RAN-toimittajien tarjoamista verkkolaitteista. Verkon viipaloinnin toteuttaminen edellyttää verkkotoimintojen virtualisointia (NFV). Pohjimmiltaan NFV:n pääideana on ottaa käyttöön verkkotoimintoohjelmisto (eli MME, S/P-GW ja PCRF pakettiytimessä ja DU RAN:ssa) kaikki kaupallisten palvelimien virtuaalikoneissa sen sijaan, että ne sijaitsevat erikseen niille omistetuissa tiloissa. verkkolaitteet. Tällä tavalla RAN:ta käsitellään reunapilvenä, kun taas ydintoimintoa käsitellään ydinpilvenä. Reunassa ja ydinpilvessä sijaitsevan VMS:n välinen yhteys konfiguroidaan SDN:n avulla. Tämän jälkeen kullekin palvelulle luodaan slice (eli puhelinosuus, massiivinen iot-osio, missionkriittinen iot-osio jne.).
Kuinka toteuttaa jokin Network Slicing(I) -toiminnoista?
Alla olevasta kuvasta näkyy, kuinka kukin palvelukohtainen sovellus voidaan virtualisoida ja asentaa kuhunkin slicesiin. Viipalointi voidaan määrittää esimerkiksi seuraavasti:
(1) UHD-leikkaus: virtualisoi DU-, 5G-ydin- (UP)- ja välimuistipalvelimet reunapilvessä sekä 5G-ydinpalvelimien (CP) ja MVO-palvelimien virtualisointi ydinpilvessä
(2) Puhelimen viipalointi: 5G-ytimien (UP ja CP) ja IMS-palvelimien virtualisointi täydellä liikkuvuuskyvyllä ydinpilvessä
(3) Laajamittainen iot-leikkaus (esim. anturiverkot): Yksinkertaisen ja kevyen 5G-ytimen virtualisoinnissa ydinpilvessä ei ole liikkuvuuden hallintaominaisuuksia
(4) Tehtäväkriittinen iot-leikkaus: Virtualisoi 5G-ytimet (UP) ja niihin liittyvät palvelimet (esim. V2X-palvelimet) reunapilvessä lähetysviiveen minimoimiseksi
Tähän mennessä olemme joutuneet luomaan omistettuja osia palveluille, joilla on erilaiset vaatimukset. Ja virtuaalisen verkon toiminnot sijoitetaan eri paikkoihin kussakin sliceissä (eli reunapilvessä tai ydinpilvessä) eri palveluominaisuuksien mukaan. Lisäksi jotkin verkkotoiminnot, kuten laskutus, käytännön valvonta jne., voivat olla tarpeellisia joissakin osissa, mutta eivät toisissa. Operaattorit voivat mukauttaa verkon viipalointia haluamallaan tavalla ja luultavasti kustannustehokkaimmin.
Kuinka toteuttaa jokin Network Slicing(I) -toiminnoista?
(2) Verkon leikkaus reuna- ja ydinpilven välillä: IP/MPLS-SDN
Ohjelmistomääritelty verkko, vaikka se oli yksinkertainen käsite, kun se esiteltiin ensimmäisen kerran, on tulossa yhä monimutkaisemmaksi. Esimerkkinä Overlay:n muodossa SDN-tekniikka voi tarjota verkkoyhteyden olemassa olevan verkkoinfrastruktuurin virtuaalikoneiden välille.
Päästä päähän verkon viipalointi
Ensinnäkin tarkastellaan, kuinka varmistetaan, että reunapilven ja ydinpilven virtuaalikoneiden välinen verkkoyhteys on turvallinen. Virtuaalikoneiden välinen verkko on toteutettava IP/MPLS-SDN:n ja Transport SDN:n perusteella. Tässä artikkelissa keskitymme reititinvalmistajien tarjoamaan IP/MPLS-SDN:ään. Ericsson ja Juniper tarjoavat molemmat IP/MPLS SDN -verkkoarkkitehtuurituotteita. Toiminnot ovat hieman erilaisia, mutta SDN-pohjaisten VMS-järjestelmien välinen yhteys on hyvin samanlainen.
Ydinpilvessä on virtualisoituja palvelimia. Suorita sisäänrakennettu vRouter/vSwitch palvelimen hypervisorissa. SDN-ohjain tarjoaa tunnelikonfiguraation virtualisoidun palvelimen ja DC G/W -reitittimen (PE-reititin, joka luo MPLS L3 VPN:n pilvitietokeskukseen) välillä. Luo SDN-tunneleita (eli MPLS GRE tai VXLAN) jokaisen virtuaalikoneen (esim. 5G IoT -ydin) ja DC G/W -reitittimien välille ydinpilvessä.
SDN-ohjain hallitsee sitten näiden tunnelien ja MPLS L3 VPN:n, kuten IoT VPN:n, välistä kartoitusta. Prosessi on sama reunapilvessä, jolloin syntyy iot-slice, joka on yhdistetty reunapilvestä IP/MPLS-runkoverkkoon ja aina ydinpilveen asti. Tämä prosessi voidaan toteuttaa kypsien ja tähän mennessä saatavilla olevien teknologioiden ja standardien perusteella.
(3) Verkon leikkaus reuna- ja ydinpilven välillä: IP/MPLS-SDN
Nyt on jäljellä mobiili fronthawall-verkko. Kuinka katkaisemme tämän mobiilin etuverkon reunapilven ja 5G RU:n välillä? Ensinnäkin 5G-etuverkko on ensin määriteltävä. Joitakin vaihtoehtoja on keskusteltu (esim. uuden pakettipohjaisen eteenpäin suunnatun verkon käyttöönotto määrittelemällä uudelleen DU:n ja RU:n toiminnallisuus), mutta standardimäärittelyä ei ole vielä tehty. Seuraava kuva on ITU IMT 2020 -työryhmässä esitetty kaavio, joka antaa esimerkin virtualisoidusta fronthaul-verkosta.
Esimerkki ITU-organisaation 5G C-RAN -verkon leikkaamisesta
Postitusaika: 2.2.2024
