5G og netværksslicing
Når 5G nævnes bredt, er Network Slicing den mest omtalte 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 imødekomme de forskellige karakteristika for forskellige typer tjenester.
For hver netværksslice er dedikerede ressourcer såsom virtuelle servere, netværksbåndbredde og servicekvalitet fuldt garanteret. Da slices er isoleret fra hinanden, vil fejl eller fejl i ét slice ikke påvirke kommunikationen med andre slices.
Hvorfor har 5G brug for netværksslicing?
Fra det tidligere 4G-netværk til det nuværende har mobilnetværk primært brugt mobiltelefoner og generelt kun optimeret til mobiltelefoner i nogen grad. I 5G-æraen skal mobilnetværk dog kunne betjene enheder af forskellige typer og med forskellige krav. Mange af de nævnte anvendelsesscenarier omfatter mobilt bredbånd, storstilet IoT og missionskritisk IoT. De har alle brug for forskellige typer netværk og har forskellige krav til mobilitet, regnskab, sikkerhed, politikkontrol, latenstid, 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, positionsopdateringer og andre funktioner på de primære telefoner i mobilnetværket. Derudover kræver missionskritiske IoT-tjenester, såsom autonom kørsel og fjernstyring af robotter, en end-to-end latenstid på flere millisekunder, hvilket er meget forskelligt fra mobile bredbåndstjenester.
Vigtigste anvendelsesscenarier for 5G
Betyder det, at vi har brug for et dedikeret netværk til hver tjeneste? For eksempel betjener ét 5G-mobiltelefoner, ét betjener 5G massive IoT, og ét betjener 5G mission critical IoT. Det behøver vi ikke, fordi vi kan bruge network slicing til at opdele flere logiske netværk fra et separat fysisk netværk, hvilket er en meget omkostningseffektiv tilgang!
Applikationskrav til netværksslicing
5G-netværkssegmentet, der er beskrevet i 5G-hvidbogen udgivet af NGMN, er vist nedenfor:
Hvordan implementerer vi end-to-end netværksslicing?
(1) 5G trådløst adgangsnetværk og kernenetværk: NFV
I dagens mobilnetværk er den primære enhed mobiltelefonen. RAN (DU og RU) og kernefunktioner er bygget fra dedikeret netværksudstyr leveret af RAN-leverandører. For at implementere netværksslicing er Network Function Virtualization (NFV) en forudsætning. Grundlæggende er hovedideen bag NFV at implementere netværksfunktionssoftwaren (dvs. MME, S/P-GW og PCRF i pakkekernen og DU i RAN) i de virtuelle maskiner på de kommercielle servere i stedet for separat i deres dedikerede netværksenheder. På denne måde behandles RAN som edge-cloud, mens kernefunktionen behandles som core-cloud. Forbindelsen mellem VMS placeret ved kanten og i core-cloud konfigureres ved hjælp af SDN. Derefter oprettes et slice for hver tjeneste (dvs. telefonslice, massive IoT-slice, mission critical IoT-slice osv.).
Hvordan implementerer man en af Network Slicing(I)?
Figuren nedenfor viser, hvordan hver tjenestespecifik applikation kan virtualiseres og installeres i hver slice. For eksempel kan slicing konfigureres som følger:
(1) UHD-slicing: virtualisering af DU, 5G-core (UP) og cache-servere i edge-clouden, og virtualisering af 5G-core (CP) og MVO-servere i core-clouden
(2) Telefonopdeling: virtualisering af 5G-kerner (UP og CP) og IMS-servere med fuld mobilitetskapacitet i kerneskyen
(3) Storskala IoT-slicing (f.eks. sensornetværk): Virtualisering af en simpel 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 edge-clouden for at minimere transmissionslatens.
Indtil videre har vi været nødt til at oprette dedikerede slices til tjenester med forskellige krav. Og de virtuelle netværksfunktioner er placeret forskellige steder i hvert slice (dvs. edge cloud eller core cloud) i henhold til forskellige tjenestekarakteristika. Derudover kan nogle netværksfunktioner, såsom fakturering, politikkontrol osv., være nødvendige i nogle slices, men ikke i andre. Operatører kan tilpasse netværksopdeling, som de ønsker, og sandsynligvis på den mest omkostningseffektive måde.
Hvordan implementerer man en af Network Slicing(I)?
(2) Netværksopdeling mellem edge- og core-cloud: IP/MPLS-SDN
Softwaredefineret netværk, selvom det var et simpelt koncept, da det først blev introduceret, bliver stadig mere komplekst. Med formen af Overlay som eksempel kan SDN-teknologi give netværksforbindelse mellem virtuelle maskiner på den eksisterende netværksinfrastruktur.
End-to-end netværksslicing
Først ser vi på, hvordan man sikrer, at netværksforbindelsen mellem edge-clouden og de virtuelle kerne-cloudmaskiner er sikker. Netværket mellem de virtuelle maskiner skal implementeres baseret på IP/MPLS-SDN og Transport SDN. I denne artikel fokuserer vi på IP/MPLS-SDN leveret af routerleverandører. Ericsson og Juniper tilbyder begge IP/MPLS SDN-netværksarkitekturprodukter. Funktionerne er en smule forskellige, men forbindelsen mellem SDN-baserede VMS er meget ens.
I core-clouden er der virtualiserede servere. I serverens hypervisor køres den indbyggede vRouter/vSwitch. SDN-controlleren sørger for tunnelkonfigurationen mellem den virtualiserede server og DC G/W-routeren (PE-routeren, der opretter MPLS L3 VPN i cloud-datacenteret). Opret SDN-tunneler (dvs. MPLS GRE eller VXLAN) mellem hver virtuel maskine (f.eks. 5G IoT-kerne) og DC G/W-routere i core-clouden.
SDN-controlleren styrer derefter kortlægningen mellem disse tunneler og MPLS L3 VPN'en, såsom IoT VPN'en. Processen er den samme i edge cloud'en, hvor der oprettes et IoT-slice forbundet fra edge cloud'en til IP/MPLS-backbone'en og hele vejen til core cloud'en. Denne proces kan implementeres baseret på teknologier og standarder, der er modne og tilgængelige indtil videre.
(3) Netværksopdeling mellem edge- og core-cloud: IP/MPLS-SDN
Det, der nu er tilbage, er det mobile fronthaul-netværk. Hvordan deler vi dette mobile fronthold-netværk op mellem edge-cloud'en og 5G RU? Først og fremmest skal 5G fronthaul-netværket defineres. Der er nogle muligheder under diskussion (f.eks. introduktion af et nyt pakkebaseret forwardnetværk 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 fronthaul-netværk.
Eksempel på 5G C-RAN Network Slicing af ITU-organisationen
Opslagstidspunkt: 2. februar 2024
