5G és hálózatszeletelés
Amikor az 5G-t széles körben emlegetik, a hálózatszeletelés (Network Slicing) a leggyakrabban tárgyalt technológia. Az olyan hálózatüzemeltetők, mint a KT, az SK Telecom, a China Mobile, a DT, a KDDI, az NTT, valamint az olyan berendezésgyártók, mint az Ericsson, a Nokia és a Huawei, mind úgy vélik, hogy a hálózatszeletelés az ideális hálózati architektúra az 5G-korszak számára.
Ez az új technológia lehetővé teszi az üzemeltetők számára, hogy több virtuális, végponttól végpontig terjedő hálózatot osszanak szét egy hardverinfrastruktúrában, és minden hálózati szelet logikailag elkülönül az eszköztől, a hozzáférési hálózattól, az átviteli hálózattól és a maghálózattól, hogy megfeleljen a különféle típusú szolgáltatások eltérő jellemzőinek.
Minden hálózati szelethez dedikált erőforrások, például virtuális szerverek, hálózati sávszélesség és szolgáltatásminőség teljes mértékben garantált. Mivel a szeletek egymástól elkülönülnek, az egyik szeletben fellépő hibák vagy meghibásodások nem befolyásolják a többi szelet kommunikációját.
Miért van szükség az 5G-nek hálózatszeletelésre?
A múlttól a jelenlegi 4G hálózatig a mobilhálózatok főként mobiltelefonokat szolgálnak ki, és általában csak némi optimalizálást végeznek a mobiltelefonokra. Az 5G korszakban azonban a mobilhálózatoknak különféle típusú és igényű eszközöket kell kiszolgálniuk. Az említett alkalmazási forgatókönyvek közé tartozik a mobil szélessáv, a nagyméretű IoT és a kritikus fontosságú IoT. Mindegyikhez más típusú hálózatokra van szükség, és eltérő követelmények vonatkoznak a mobilitás, az elszámolás, a biztonság, a szabályzatok ellenőrzése, a késleltetés, a megbízhatóság stb. terén.
Például egy nagyszabású IoT-szolgáltatás fix érzékelőket csatlakoztat a hőmérséklet, a páratartalom, a csapadék stb. mérésére. Nincs szükség átadásra, helyfrissítésekre és a mobilhálózat fő kiszolgáló telefonjainak egyéb funkcióira. Ezenkívül a kritikus fontosságú IoT-szolgáltatások, mint például az önvezető autók és a robotok távirányítása, több milliszekundumos végponttól végpontig tartó késleltetést igényelnek, ami nagyon eltér a mobil szélessávú szolgáltatásoktól.
Az 5G fő alkalmazási forgatókönyvei
Ez azt jelenti, hogy minden szolgáltatáshoz külön hálózatra van szükségünk? Például az egyik az 5G mobiltelefonokat, a másik az 5G masszív IoT-t, a harmadik pedig az 5G missziókritikus IoT-t szolgálja ki. Erre nincs szükségünk, mert a hálózatszeletelés segítségével több logikai hálózatot is leválaszthatunk egy különálló fizikai hálózatról, ami egy nagyon költséghatékony megközelítés!
Hálózati szeletelésre vonatkozó alkalmazáskövetelmények
Az NGMN által kiadott 5G tanulmányban leírt 5G hálózati szelet az alábbiakban látható:
Hogyan valósítsuk meg a végponttól végpontig terjedő hálózati szeletelést?
(1) 5G vezeték nélküli hozzáférési hálózat és maghálózat: NFV
A mai mobilhálózatokban a fő eszköz a mobiltelefon. A RAN-t (DU és RU) és az alapvető funkciókat a RAN-gyártók által biztosított dedikált hálózati berendezések építik fel. A hálózatszeletelés megvalósításához a hálózati funkciók virtualizációja (NFV) előfeltétel. Az NFV fő gondolata alapvetően az, hogy a hálózati funkciókkal foglalkozó szoftvereket (azaz az MME-t, az S/P-GW-t és a PCRF-et a csomagmagban, valamint a DU-t a RAN-ban) mind a kereskedelmi szervereken lévő virtuális gépeken telepítsék, ahelyett, hogy külön-külön a dedikált hálózati eszközökben helyeznék el. Ily módon a RAN-t peremfelhőként, míg az alapvető funkciókat magfelhőként kezelik. A peremfelhőben és a magfelhőben található VMS közötti kapcsolatot SDN segítségével konfigurálják. Ezután minden szolgáltatáshoz (azaz telefonszelet, masszív IoT-szelet, kritikus IoT-szelet stb.) létrehoznak egy szeletet.
Hogyan lehet megvalósítani az egyik hálózati szeletelést (I)?
Az alábbi ábra bemutatja, hogyan virtualizálhatók és telepíthetők az egyes szolgáltatásspecifikus alkalmazások az egyes szeletekben. Például a szeletelés a következőképpen konfigurálható:
(1) UHD szeletelés: DU, 5G mag (UP) és gyorsítótár-szerverek virtualizálása a peremhálózati felhőben, valamint 5G mag (CP) és MVO szerverek virtualizálása a magfelhőben
(2) Telefon szeletelés: 5G magok (UP és CP) és IMS szerverek virtualizálása teljes mobilitási képességekkel a központi felhőben
(3) Nagyléptékű IoT szeletelés (pl. szenzorhálózatok): Egy egyszerű és könnyű 5G mag virtualizálása a magfelhőben nem rendelkezik mobilitáskezelési képességekkel.
(4) Kritikus IoT szeletelés: Az 5G magok (UP) és a kapcsolódó szerverek (pl. V2X szerverek) virtualizálása a peremhálózati felhőben az átviteli késleltetés minimalizálása érdekében
Eddig dedikált szeleteket kellett létrehoznunk a különböző igényű szolgáltatásokhoz. A virtuális hálózati funkciók pedig az egyes szeletekben (azaz peremfelhőben vagy központi felhőben) különböző helyeken helyezkednek el a különböző szolgáltatási jellemzőknek megfelelően. Ezenkívül bizonyos hálózati funkciók, például a számlázás, a szabályzatvezérlés stb., egyes szeletekben szükségesek lehetnek, másokban azonban nem. Az operátorok a kívánt módon testreszabhatják a hálózati szeletelést, valószínűleg a legköltséghatékonyabb módon.
Hogyan lehet megvalósítani az egyik hálózati szeletelést (I)?
(2) Hálózati szeletelés a perem- és a központi felhő között: IP/MPLS-SDN
A szoftveresen definiált hálózatépítés, bár kezdetben egyszerű koncepciónak tűnt, egyre összetettebbé válik. Az Overlay például az SDN technológia hálózati kapcsolatot biztosíthat a meglévő hálózati infrastruktúrán lévő virtuális gépek között.
Végponttól végpontig terjedő hálózati szeletelés
Először is megvizsgáljuk, hogyan biztosítható a peremhálózati és a központi felhőalapú virtuális gépek közötti hálózati kapcsolat biztonsága. A virtuális gépek közötti hálózatot IP/MPLS-SDN és Transport SDN alapján kell megvalósítani. Ebben a cikkben az útválasztó-gyártók által biztosított IP/MPLS-SDN-re összpontosítunk. Az Ericsson és a Juniper is kínál IP/MPLS SDN hálózati architektúra termékeket. A működés kissé eltér, de az SDN-alapú VMS-ek közötti kapcsolat nagyon hasonló.
A központi felhőben virtualizált szerverek találhatók. A szerver hipervizorában futtassa a beépített vRouter/vSwitch programot. Az SDN vezérlő biztosítja az alagút konfigurációját a virtualizált szerver és a DC G/W router (a PE router, amely létrehozza az MPLS L3 VPN-t a felhőalapú adatközpontban) között. Hozzon létre SDN alagutakat (azaz MPLS GRE vagy VXLAN) az egyes virtuális gépek (pl. 5G IoT mag) és a DC G/W routerek között a központi felhőben.
Az SDN-vezérlő ezután kezeli a leképezést ezen alagutak és az MPLS L3 VPN, például az IoT VPN között. A folyamat ugyanaz a peremhálózati felhőben, egy IoT-szeletet hoz létre, amely a peremhálózati felhőtől az IP/MPLS gerinchálózathoz és egészen a magfelhőig kapcsolódik. Ez a folyamat a jelenleg kiforrott és elérhető technológiák és szabványok alapján valósítható meg.
(3) Hálózati szeletelés a perem- és a központi felhő között: IP/MPLS-SDN
Ami már csak hátravan, az a mobil fronthaul hálózat. Hogyan vágjuk el ezt a mobil fronthold hálózatot a peremfelhő és az 5G RU között? Először is definiálni kell az 5G fronthaul hálózatot. Vannak lehetőségek, amelyeket megvitatnak (pl. egy új, csomagalapú előre irányuló hálózat bevezetése a DU és RU funkcionalitásának újradefiniálásával), de szabványos definíció még nem készült. A következő ábra az ITU IMT 2020 munkacsoportjában bemutatott diagram, és egy virtualizált fronthaul hálózatra mutat példát.
Példa az 5G C-RAN hálózat szeletelésére az ITU szervezet által
Közzététel ideje: 2024. február 2.
