5G en netwerkslicing
Wanneer 5G veel wordt genoemd, is Network Slicing de meest besproken technologie. Netwerkexploitanten zoals KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT en apparatuurleveranciers zoals Ericsson, Nokia en Huawei zijn allemaal van mening dat Network Slicing de ideale netwerkarchitectuur is voor het 5G-tijdperk.
Met deze nieuwe technologie kunnen operators meerdere virtuele end-to-end-netwerken opsplitsen in een hardware-infrastructuur, en elke Network Slice is logisch geïsoleerd van het apparaat, het toegangsnetwerk, het transportnetwerk en het kernnetwerk om te voldoen aan de verschillende kenmerken van verschillende soorten diensten.
Voor elke Network Slice zijn specifieke bronnen zoals virtuele servers, netwerkbandbreedte en servicekwaliteit volledig gegarandeerd. Omdat segmenten van elkaar geïsoleerd zijn, hebben fouten of fouten in één segment geen invloed op de communicatie van andere segmenten.
Waarom heeft 5G Network Slicing nodig?
Van het verleden tot het huidige 4G-netwerk bedienen mobiele netwerken voornamelijk mobiele telefoons, en voeren ze over het algemeen alleen enige optimalisatie uit voor mobiele telefoons. In het 5G-tijdperk moeten mobiele netwerken echter apparaten van verschillende typen en vereisten bedienen. Veel van de genoemde toepassingsscenario's omvatten mobiel breedband, grootschalige iot en bedrijfskritische iot. Ze hebben allemaal verschillende soorten netwerken nodig en stellen verschillende eisen op het gebied van mobiliteit, boekhouding, beveiliging, beleidscontrole, latentie, betrouwbaarheid enzovoort.
Een grootschalige iot-service verbindt bijvoorbeeld vaste sensoren om temperatuur, vochtigheid, regenval, enz. te meten. Er zijn geen overdrachten, locatie-updates en andere functies van de belangrijkste telefoons in het mobiele netwerk nodig. Bovendien vereisen missiekritieke IoT-diensten zoals autonoom rijden en het op afstand besturen van robots een end-to-end latentie van enkele milliseconden, wat heel anders is dan mobiele breedbanddiensten.
Belangrijkste toepassingsscenario’s van 5G
Betekent dit dat we voor elke dienst een speciaal netwerk nodig hebben? Eén bedient bijvoorbeeld 5G mobiele telefoons, één bedient 5G enorme iot en één bedient 5G bedrijfskritische iot. Dat is niet nodig, omdat we netwerk-slicing kunnen gebruiken om meerdere logische netwerken op te splitsen van een afzonderlijk fysiek netwerk, wat een zeer kosteneffectieve aanpak is!
Applicatievereisten voor netwerkslicing
Het 5G-netwerksegment beschreven in het 5G-witboek uitgegeven door de NGMN wordt hieronder weergegeven:
Hoe implementeren we end-to-end Network Slicing?
(1)5G draadloos toegangsnetwerk en kernnetwerk: NFV
In het huidige mobiele netwerk is het belangrijkste apparaat de mobiele telefoon. RAN (DU en RU) en kernfuncties zijn opgebouwd uit speciale netwerkapparatuur geleverd door RAN-leveranciers. Om network slicing te implementeren is Network Function Virtualization (NFV) een vereiste. Kortom, het hoofdidee van NFV is om de netwerkfunctiesoftware (dwz MME, S/P-GW en PCRF in de pakketkern en DU in het RAN) allemaal in de virtuele machines op de commerciële servers te implementeren in plaats van afzonderlijk in hun speciale servers. netwerk apparaten. Op deze manier wordt het RAN behandeld als de edge cloud, terwijl de kernfunctie wordt behandeld als de core cloud. De verbinding tussen VMS aan de edge en in de core cloud wordt geconfigureerd met behulp van SDN. Vervolgens wordt voor elke dienst een segment gemaakt (dat wil zeggen een telefoonsegment, een groot iot-segment, een bedrijfskritisch iot-segment, enz.).
Hoe implementeer ik een van de Network Slicing(I)?
De onderstaande figuur laat zien hoe elke dienstspecifieke applicatie kan worden gevirtualiseerd en in elke slice kan worden geïnstalleerd. Slicen kan bijvoorbeeld als volgt worden geconfigureerd:
(1) UHD-slicing: virtualisatie van DU-, 5G core (UP) en cacheservers in de edge cloud, en virtualisatie van 5G core (CP) en MVO-servers in de core cloud
(2) Phone slicing: virtualisatie van 5G-cores (UP en CP) en IMS-servers met volledige mobiliteitsmogelijkheden in de core cloud
(3) Grootschalige iot-slicing (bijvoorbeeld sensornetwerken): het virtualiseren van een eenvoudige en lichtgewicht 5G-kern in de kerncloud heeft geen mogelijkheden voor mobiliteitsbeheer
(4) Bedrijfskritische iot-slicing: virtualisatie van 5G-cores (UP) en bijbehorende servers (bijv. V2X-servers) in de edge-cloud om de transmissielatentie te minimaliseren
Tot nu toe hebben we speciale segmenten moeten maken voor services met verschillende vereisten. En de virtuele netwerkfuncties worden op verschillende locaties in elk segment (dat wil zeggen, edge cloud of core cloud) geplaatst op basis van verschillende servicekenmerken. Bovendien kunnen sommige netwerkfuncties, zoals facturering, beleidscontrole, enz., in sommige segmenten noodzakelijk zijn, maar in andere niet. Operators kunnen het segmenteren van netwerken aanpassen zoals zij dat willen, en waarschijnlijk op de meest kosteneffectieve manier.
Hoe implementeer ik een van de Network Slicing(I)?
(2) Netwerksplitsing tussen edge- en core-cloud: IP/MPLS-SDN
Softwaregedefinieerde netwerken, hoewel een eenvoudig concept toen het voor het eerst werd geïntroduceerd, worden steeds complexer. Door de vorm van Overlay als voorbeeld te nemen, kan SDN-technologie een netwerkverbinding bieden tussen virtuele machines op de bestaande netwerkinfrastructuur.
End-to-end netwerkslicing
Ten eerste kijken we hoe we ervoor kunnen zorgen dat de netwerkverbinding tussen de edge cloud en de core cloud virtuele machines veilig is. Het netwerk tussen de virtuele machines moet worden geïmplementeerd op basis van IP/MPLS-SDN en Transport SDN. In dit artikel concentreren we ons op IP/MPLS-SDN geleverd door routerleveranciers. Ericsson en Juniper bieden beide IP/MPLS SDN-netwerkarchitectuurproducten aan. De handelingen zijn iets anders, maar de connectiviteit tussen op SDN gebaseerde VMS is zeer vergelijkbaar.
In de kerncloud bevinden zich gevirtualiseerde servers. Voer in de hypervisor van de server de ingebouwde vRouter/vSwitch uit. De SDN-controller verzorgt de tunnelconfiguratie tussen de gevirtualiseerde server en de DC G/W-router (de PE-router die de MPLS L3 VPN in het clouddatacenter creëert). Creëer SDN-tunnels (dwz MPLS GRE of VXLAN) tussen elke virtuele machine (bijv. 5G IoT-kern) en DC G/W-routers in de kerncloud.
De SDN-controller beheert vervolgens de mapping tussen deze tunnels en de MPLS L3 VPN, zoals de IoT VPN. Het proces is hetzelfde in de edge-cloud, waarbij een iot-segment wordt gecreëerd dat is verbonden vanaf de edge-cloud met de IP/MPLS-backbone en helemaal tot aan de core-cloud. Dit proces kan worden geïmplementeerd op basis van technologieën en standaarden die tot nu toe volwassen en beschikbaar zijn.
(3) Netwerksplitsing tussen edge- en core-cloud: IP/MPLS-SDN
Wat nu overblijft is het mobiele fronthawall-netwerk. Hoe kunnen we dit mobiele fronthold-netwerk tussen de edge cloud en de 5G RU doorsnijden? Allereerst moet eerst het 5G-fronthaulnetwerk worden gedefinieerd. Er zijn enkele opties ter discussie (bijvoorbeeld de introductie van een nieuw op pakketten gebaseerd voorwaarts netwerk door de functionaliteit van DU en RU opnieuw te definiëren), maar er is nog geen standaarddefinitie gemaakt. De volgende afbeelding is een diagram gepresenteerd in de ITU IMT 2020-werkgroep en geeft een voorbeeld van een gevirtualiseerd fronhaul-netwerk.
Voorbeeld van 5G C-RAN Network Slicing door ITU-organisatie
Posttijd: 02-feb-2024
