5G і сеткавае сегментаванне
Калі шырока згадваецца 5G, найбольш абмяркоўваемай тэхналогіяй з'яўляецца Network Slicing. Такія сеткавыя аператары, як KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT, і пастаўшчыкі абсталявання, такія як Ericsson, Nokia і Huawei, лічаць, што Network Slicing — ідэальная сеткавая архітэктура для эпохі 5G.
Гэтая новая тэхналогія дазваляе аператарам падзяляць некалькі віртуальных сетак у апаратнай інфраструктуры, прычым кожны сеткавы фрагмент лагічна ізаляваны ад прылады, сеткі доступу, транспартнай сеткі і асноўнай сеткі, каб задаволіць розныя характарыстыкі розных тыпаў паслуг.
Для кожнага сеткавага сегмента цалкам гарантуюцца спецыяльныя рэсурсы, такія як віртуальныя серверы, прапускная здольнасць сеткі і якасць абслугоўвання. Паколькі сегменты ізаляваныя адзін ад аднаго, памылкі або збоі ў адным сегменте не паўплываюць на сувязь іншых сегментаў.
Навошта 5G патрэбна сеткавая сегментацыя?
Ад мінулага да сучаснай сеткі 4G мабільныя сеткі ў асноўным абслугоўваюць мабільныя тэлефоны і, як правіла, толькі некаторую аптымізацыю выконваюць для мабільных тэлефонаў. Аднак у эпоху 5G мабільныя сеткі павінны абслугоўваць прылады розных тыпаў і патрабаванняў. Многія з згаданых сцэнарыяў прымянення ўключаюць мабільны шырокапалосны доступ, буйнамаштабны Інтэрнэт рэчаў і крытычна важны Інтэрнэт рэчаў. Усім ім патрэбныя розныя тыпы сетак і розныя патрабаванні да мабільнасці, уліку, бяспекі, кантролю палітык, затрымкі, надзейнасці і гэтак далей.
Напрыклад, маштабны сэрвіс Інтэрнэту рэчаў падключае стацыянарныя датчыкі для вымярэння тэмпературы, вільготнасці, колькасці ападкаў і г.д. Няма неабходнасці ў перадачы дадзеных, абнаўленні месцазнаходжання і іншых функцыях асноўных абслугоўваючых тэлефонаў у мабільнай сетцы. Акрамя таго, крытычна важныя сэрвісы Інтэрнэту рэчаў, такія як аўтаномнае кіраванне і дыстанцыйнае кіраванне робатамі, патрабуюць затрымкі ў некалькі мілісекунд, што вельмі адрозніваецца ад паслуг мабільнага шырокапалоснага доступу.
Асноўныя сцэнарыі прымянення 5G
Ці азначае гэта, што нам патрэбна асобная сетка для кожнай службы? Напрыклад, адна абслугоўвае мабільныя тэлефоны 5G, адна — масавы Інтэрнэт рэчаў 5G, а трэцяя — крытычна важны Інтэрнэт рэчаў 5G. Нам гэта не трэба, бо мы можам выкарыстоўваць сеткавае разразанне, каб аддзяліць некалькі лагічных сетак ад асобнай фізічнай сеткі, што з'яўляецца вельмі эканамічна эфектыўным падыходам!
Патрабаванні да прыкладання для сеткавага слайсінгу
Ніжэй паказаны фрагмент сеткі 5G, апісаны ў тэхнічным дакуменце па 5G, апублікаваным NGMN:
Як рэалізаваць скразное разбіццё сеткі?
(1) Бесправадная сетка доступу 5G і базавая сетка: NFV
У сучаснай мабільнай сетцы асноўнай прыладай з'яўляецца мабільны тэлефон. RAN (DU і RU) і асноўныя функцыі ствараюцца на аснове спецыялізаванага сеткавага абсталявання, якое прадастаўляецца пастаўшчыкамі RAN. Для рэалізацыі сеткавага слайсінгу неабходнай умовай з'яўляецца віртуалізацыя сеткавых функцый (NFV). У асноўным, асноўная ідэя NFV заключаецца ў разгортванні праграмнага забеспячэння сеткавых функцый (г.зн. MME, S/P-GW і PCRF у ядры пакетаў і DU ў RAN) на віртуальных машынах на камерцыйных серверах, а не асобна на іх спецыялізаваных сеткавых прыладах. Такім чынам, RAN разглядаецца як памежнае воблака, а асноўная функцыя — як асноўнае воблака. Злучэнне паміж VMS, размешчанай на памежным краі і ў асноўным воблаку, наладжваецца з дапамогай SDN. Затым для кожнай паслугі ствараецца слайс (г.зн. слайс тэлефона, масіўны слайс Інтэрнэту рэчаў, крытычна важны слайс Інтэрнэту рэчаў і г.д.).
Як рэалізаваць адзін з метадаў сеткавага нарэзання (I)?
На малюнку ніжэй паказана, як кожнае спецыфічнае для сэрвісу прыкладанне можа быць віртуалізавана і ўсталявана ў кожным зрэзе. Напрыклад, зрэз можна наладзіць наступным чынам:
(1)UHD-слайсінг: віртуалізацыя DU, 5G core (UP) і кэш-сервераў у перыферыйным воблаку, а таксама віртуалізацыя 5G core (CP) і MVO-сервераў у асноўным воблаку.
(2) Слайсінг тэлефонных сетак: віртуалізацыя 5G-ядраў (UP і CP) і сервераў IMS з поўнымі магчымасцямі мабільнасці ў асноўным воблаку
(3) Маштабнае наразанне Інтэрнэту рэчаў (напрыклад, сэнсарныя сеткі): віртуалізацыя простага і лёгкага ядра 5G у воблаку ядра не мае магчымасцей кіравання мабільнасцю.
(4) Крытычна важны сегмент Інтэрнэту рэчаў: віртуалізацыя ядраў 5G (UP) і звязаных з імі сервераў (напрыклад, сервераў V2X) у перыферыйным воблаку для мінімізацыі затрымкі перадачы
Да гэтага часу нам трэба было ствараць спецыяльныя сегменты для сэрвісаў з рознымі патрабаваннямі. Прычым функцыі віртуальнай сеткі размяшчаюцца ў розных месцах у кожным сегменте (г.зн., у воблаку на мяжы або ў асноўным воблаку) у залежнасці ад характарыстык розных сэрвісаў. Акрамя таго, некаторыя сеткавыя функцыі, такія як выстаўленне рахункаў, кантроль палітык і г.д., могуць быць неабходнымі ў некаторых сегментах, але не ў іншых. Аператары могуць наладжваць сегментацыю сеткі так, як ім трэба, і, верагодна, найбольш эканамічна эфектыўным спосабам.
Як рэалізаваць адзін з метадаў сеткавага нарэзання (I)?
(2) Падзел сеткі паміж перыферыйным і цэнтральным воблакам: IP/MPLS-SDN
Праграмна-вызначаныя сеткі, хоць і былі простай канцэпцыяй на момант свайго з'яўлення, становяцца ўсё больш складанымі. У якасці прыкладу, тэхналогія SDN, якая выкарыстоўваецца ў выглядзе Overlay, можа забяспечыць сеткавае злучэнне паміж віртуальнымі машынамі ў існуючай сеткавай інфраструктуры.
Сквознае разразанне сеткі
Па-першае, мы разгледзім, як забяспечыць бяспеку сеткавага злучэння паміж віртуальнымі машынамі перыферыйнага воблака і асноўнымі воблакамі. Сетка паміж віртуальнымі машынамі павінна быць рэалізавана на аснове IP/MPLS-SDN і Transport SDN. У гэтым артыкуле мы засяродзімся на IP/MPLS-SDN, якія прадастаўляюцца пастаўшчыкамі маршрутызатараў. Ericsson і Juniper прапануюць прадукты сеткавай архітэктуры IP/MPLS SDN. Аперацыі крыху адрозніваюцца, але падключэнне паміж VMS на базе SDN вельмі падобнае.
У асноўным воблаку знаходзяцца віртуалізаваныя серверы. У гіпервізары сервера запускаецца ўбудаваны vRouter/vSwitch. Кантролер SDN забяспечвае канфігурацыю тунэля паміж віртуалізаваным серверам і маршрутызатарам DC G/W (PE-маршрутызатар, які стварае MPLS L3 VPN у воблачным цэнтры апрацоўкі дадзеных). Стварыце тунэлі SDN (г.зн. MPLS GRE або VXLAN) паміж кожнай віртуальнай машынай (напрыклад, ядром 5G IoT) і маршрутызатарамі DC G/W у асноўным воблаку.
Затым кантролер SDN кіруе адлюстраваннем паміж гэтымі тунэлямі і MPLS L3 VPN, напрыклад, IoT VPN. Працэс такі ж самы і ў перыферыйным воблаку, ствараючы сегмент IoT, падлучаны ад перыферыйнага воблака да магістралі IP/MPLS і аж да асноўнага воблака. Гэты працэс можа быць рэалізаваны на аснове тэхналогій і стандартаў, якія з'яўляюцца развітымі і даступнымі на сённяшні дзень.
(3) Падзел сеткі паміж перыферыйным і цэнтральным воблакам: IP/MPLS-SDN
Цяпер засталася мабільная франтальная сетка. Як нам падзяліць гэтую мабільную франтальную сетку паміж перыферыйным воблакам і 5G RU? Перш за ўсё, неабходна вызначыць франтальную сетку 5G. Абмяркоўваюцца некаторыя варыянты (напрыклад, увядзенне новай пакетнай прамой сеткі шляхам перавызначэння функцыянальнасці DU і RU), але стандартнага вызначэння пакуль не распрацавана. Наступны малюнак — гэта дыяграма, прадстаўленая ў рабочай групе ITU IMT 2020, і прыклад віртуалізаванай франтальнай сеткі.
Прыклад падзелу сеткі 5G C-RAN арганізацыяй ITU
Час публікацыі: 02 лютага 2024 г.
