5G og Network Slicing
Når 5G nævnes bredt, er Network Slicing den mest diskuterede teknologi blandt dem. Netværksoperatører som KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT og udstyrsleverandører som Ericsson, Nokia og Huawei mener alle, at Network Slicing er den ideelle netværksarkitektur til 5G-æraen.
Denne nye teknologi giver operatører mulighed for at opdele flere virtuelle end-to-end netværk i en hardwareinfrastruktur, og hver Network Slice er logisk isoleret fra enheden, adgangsnetværket, transportnetværket og kernenetværket for at opfylde de forskellige karakteristika ved forskellige typer tjenester.
For hver Network Slice er dedikerede ressourcer såsom virtuelle servere, netværksbåndbredde og servicekvalitet fuldt garanteret. Da udsnit er isoleret fra hinanden, vil fejl eller fejl i et udsnit ikke påvirke kommunikationen af andre udsnit.
Hvorfor har 5G brug for Network Slicing?
Fra fortiden til det nuværende 4G-netværk betjener mobilnetværk hovedsageligt mobiltelefoner og udfører generelt kun en vis optimering for mobiltelefoner. Men i 5G-æraen skal mobilnetværk betjene enheder af forskellige typer og krav. Mange af de nævnte applikationsscenarier inkluderer mobilt bredbånd, iot i stor skala og missionskritisk iot. De har alle brug for forskellige typer netværk og har forskellige krav til mobilitet, regnskab, sikkerhed, politikkontrol, latens, pålidelighed og så videre.
For eksempel forbinder en storstilet iot-tjeneste faste sensorer til at måle temperatur, luftfugtighed, nedbør osv. Der er ikke behov for overdragelser, lokationsopdateringer og andre funktioner på de vigtigste betjenende telefoner i mobilnetværket. Derudover kræver missionskritiske iot-tjenester som autonom kørsel og fjernstyring af robotter en ende-til-ende-latens på flere millisekunder, hvilket er meget forskelligt fra mobile bredbåndstjenester.
Hovedapplikationsscenarier for 5G
Betyder det, at vi har brug for et dedikeret netværk til hver tjeneste? For eksempel betjener en 5G-mobiltelefoner, en betjener 5G massiv iot, og en betjener 5G missionskritisk iot. Det behøver vi ikke, for vi kan bruge netværksslicing til at opdele flere logiske netværk fra et separat fysisk netværk, hvilket er en meget omkostningseffektiv tilgang!
Applikationskrav til netværksslicing
5G-netværksudsnittet beskrevet i 5G-hvidbogen udgivet af NGMN er vist nedenfor:
Hvordan implementerer vi end-to-end Network Slicing?
(1)5G trådløst adgangsnetværk og kernenetværk: NFV
I nutidens mobilnetværk er den vigtigste enhed mobiltelefonen. RAN(DU og RU) og kernefunktioner er bygget af dedikeret netværksudstyr leveret af RAN-leverandører. For at implementere netværksslicing er Network Function Virtualization (NFV) en forudsætning. Grundlæggende er hovedideen med NFV at implementere netværksfunktionssoftwaren (dvs. MME, S/P-GW og PCRF i pakkekernen og DU i RAN) alle i de virtuelle maskiner på de kommercielle servere i stedet for separat i deres dedikerede netværksenheder. På denne måde behandles RAN som kantskyen, mens kernefunktionen behandles som kerneskyen. Forbindelsen mellem VMS placeret på kanten og i kerneskyen konfigureres ved hjælp af SDN. Derefter oprettes et udsnit for hver tjeneste (dvs. telefonudsnit, massivt iot-udsnit, missionskritisk iot-udsnit osv.).
Hvordan implementerer man en af Network Slicing(I)?
Figuren nedenfor viser, hvordan hver tjenestespecifik applikation kan virtualiseres og installeres i hvert udsnit. For eksempel kan udskæring konfigureres som følger:
(1)UHD-slicing: virtualisering af DU-, 5G-kerne- (UP)- og cacheservere i edge-skyen og virtualisering af 5G-kerne- (CP)- og MVO-servere i core-skyen
(2) Telefonudskæring: virtualisering af 5G-kerner (UP og CP) og IMS-servere med fuld mobilitetskapacitet i kerneskyen
(3) Iot-slicing i stor skala (f.eks. sensornetværk): Virtualisering af en enkel og let 5G-kerne i kerneskyen har ingen mobilitetsstyringsfunktioner
(4) Missionskritisk iot-slicing: Virtualisering af 5G-kerner (UP) og tilhørende servere (f.eks. V2X-servere) i kantskyen for at minimere transmissionsforsinkelsen
Indtil videre har vi haft brug for at skabe dedikerede udsnit til tjenester med forskellige krav. Og de virtuelle netværksfunktioner er placeret forskellige steder i hver slice (dvs. kantsky eller kernesky) i henhold til forskellige servicekarakteristika. Derudover kan nogle netværksfunktioner, såsom fakturering, politikkontrol osv., være nødvendige i nogle udsnit, men ikke i andre. Operatører kan tilpasse netværksslicing, som de ønsker, og sandsynligvis den mest omkostningseffektive måde.
Hvordan implementerer man en af Network Slicing(I)?
(2) Netværksudskæring mellem kant og kernesky: IP/MPLS-SDN
Softwaredefineret netværk, selvom det var et simpelt koncept, da det først blev introduceret, bliver stadig mere komplekst. I form af Overlay som eksempel kan SDN-teknologi give netværksforbindelse mellem virtuelle maskiner på den eksisterende netværksinfrastruktur.
End-to-end netværksslicing
For det første ser vi på, hvordan man sikrer, at netværksforbindelsen mellem edge-skyen og de virtuelle kernesky-maskiner er sikker. Netværket mellem de virtuelle maskiner skal implementeres baseret på IP/MPLS-SDN og Transport SDN. I dette papir fokuserer vi på IP/MPLS-SDN leveret af routerleverandører. Ericsson og Juniper tilbyder begge IP/MPLS SDN-netværksarkitekturprodukter. Operationerne er lidt anderledes, men forbindelsen mellem SDN-baserede VMS er meget ens.
I kerneskyen er virtualiserede servere. Kør den indbyggede vRouter/vSwitch i serverens hypervisor. SDN-controlleren leverer tunnelkonfigurationen mellem den virtualiserede server og DC G/W-routeren (PE-routeren, der opretter MPLS L3 VPN i skyens datacenter). Opret SDN-tunneler (dvs. MPLS GRE eller VXLAN) mellem hver virtuel maskine (f.eks. 5G IoT-kerne) og DC G/W-routere i kerneskyen.
SDN-controlleren styrer derefter kortlægningen mellem disse tunneler og MPLS L3 VPN, såsom IoT VPN. Processen er den samme i edge-skyen, hvilket skaber en iot-slice forbundet fra edge-skyen til IP/MPLS-rygraden og hele vejen til kerneskyen. Denne proces kan implementeres baseret på teknologier og standarder, der er modne og tilgængelige indtil videre.
(3) Netværksudskæring mellem kant og kernesky: IP/MPLS-SDN
Hvad der er tilbage nu er det mobile fronthawall-netværk. Hvordan skærer vi dette mobile fronthold-netværk mellem kantskyen og 5G RU? Først og fremmest skal 5G front-haul-netværket defineres først. Der er nogle muligheder under diskussion (f.eks. indførelse af et nyt pakkebaseret videregående netværk ved at omdefinere funktionaliteten af DU og RU), men der er endnu ikke lavet nogen standarddefinition. Følgende figur er et diagram præsenteret i ITU IMT 2020-arbejdsgruppen og giver et eksempel på et virtualiseret fronhaul-netværk.
Eksempel på 5G C-RAN Network Slicing af ITU-organisation
Indlægstid: Feb-02-2024
