5G e slicing della rete
Quando il 5G viene ampiamente menzionato, il Network Slicing è la tecnologia più discussa tra queste.Operatori di rete come KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT e fornitori di apparecchiature come Ericsson, Nokia e Huawei credono tutti che il Network Slicing sia l'architettura di rete ideale per l'era 5G.
Questa nuova tecnologia consente agli operatori di dividere più reti virtuali end-to-end in un'infrastruttura hardware e ciascuna Network Slice è logicamente isolata dal dispositivo, dalla rete di accesso, dalla rete di trasporto e dalla rete centrale per soddisfare le diverse caratteristiche dei vari tipi di servizi.
Per ogni Network Slice sono pienamente garantite le risorse dedicate quali server virtuali, larghezza di banda di rete e qualità del servizio.Poiché le sezioni sono isolate l'una dall'altra, errori o guasti in una sezione non influiranno sulla comunicazione delle altre sezioni.
Perché il 5G ha bisogno del Network Slicing?
Dal passato all'attuale rete 4G, le reti mobili servono principalmente i telefoni cellulari e generalmente effettuano solo alcune ottimizzazioni per i telefoni cellulari.Tuttavia, nell’era del 5G, le reti mobili devono servire dispositivi di vario tipo ed esigenze.Molti degli scenari applicativi menzionati includono la banda larga mobile, l’IoT su larga scala e l’IoT mission-critical.Tutti necessitano di diversi tipi di reti e hanno requisiti diversi in termini di mobilità, contabilità, sicurezza, controllo delle policy, latenza, affidabilità e così via.
Ad esempio, un servizio IoT su larga scala collega sensori fissi per misurare temperatura, umidità, precipitazioni, ecc. Non sono necessari trasferimenti, aggiornamenti di posizione e altre funzionalità dei principali telefoni in servizio nella rete mobile.Inoltre, i servizi IoT mission-critical come la guida autonoma e il controllo remoto dei robot richiedono una latenza end-to-end di diversi millisecondi, che è molto diversa dai servizi mobili a banda larga.
Principali scenari applicativi del 5G
Questo significa che abbiamo bisogno di una rete dedicata per ogni servizio?Ad esempio, uno serve i telefoni cellulari 5G, uno serve l’Iot massiccio 5G e uno serve l’Iot mission-critical 5G.Non ne abbiamo bisogno, perché possiamo utilizzare il network slicing per separare più reti logiche da una rete fisica separata, il che è un approccio molto conveniente!
Requisiti applicativi per il Network Slicing
Di seguito è mostrata la sezione della rete 5G descritta nel white paper sul 5G rilasciato dalla NGMN:
Come implementiamo il Network Slicing end-to-end?
(1)Rete di accesso wireless 5G e rete centrale: NFV
Nella rete mobile odierna il dispositivo principale è il cellulare.RAN (DU e RU) e le funzioni principali sono realizzate da apparecchiature di rete dedicate fornite dai fornitori RAN.Per implementare il network slicing, la virtualizzazione delle funzioni di rete (NFV) è un prerequisito.Fondamentalmente, l'idea principale di NFV è quella di implementare il software delle funzioni di rete (vale a dire MME, S/P-GW e PCRF nel core del pacchetto e DU nella RAN) tutto nelle macchine virtuali sui server commerciali invece che separatamente nei loro server dedicati. dispositivi di rete.In questo modo, la RAN viene trattata come l’edge cloud, mentre la funzione principale viene trattata come il core cloud.La connessione tra VMS situati all'edge e nel core cloud è configurata tramite SDN.Quindi, viene creata una sezione per ciascun servizio (ad esempio sezione telefonica, sezione IoT massiva, sezione IoT mission-critical, ecc.).
Come implementare uno dei Network Slicing(I)?
La figura seguente mostra come ciascuna applicazione specifica del servizio può essere virtualizzata e installata in ciascuna sezione.Ad esempio, l'affettatura può essere configurata come segue:
(1) Slicing UHD: virtualizzazione di server DU, core 5G (UP) e cache nell'edge cloud e virtualizzazione di server 5G core (CP) e MVO nel cloud core
(2) Slicing del telefono: virtualizzazione dei core 5G (UP e CP) e dei server IMS con funzionalità di mobilità complete nel core cloud
(3) Iot slicing su larga scala (ad esempio, reti di sensori): la virtualizzazione di un core 5G semplice e leggero nel core cloud non ha funzionalità di gestione della mobilità
(4) Iot slicing mission-critical: virtualizzazione dei core 5G (UP) e dei server associati (ad esempio, server V2X) nell'edge cloud per ridurre al minimo la latenza di trasmissione
Finora abbiamo avuto bisogno di creare sezioni dedicate per servizi con requisiti diversi.Inoltre, le funzioni della rete virtuale sono collocate in posizioni diverse in ciascuna fetta (ad esempio, edge cloud o core cloud) in base alle diverse caratteristiche del servizio.Inoltre, alcune funzioni di rete, come la fatturazione, il controllo delle policy, ecc., potrebbero essere necessarie in alcune sezioni, ma non in altre.Gli operatori possono personalizzare lo slicing della rete nel modo che preferiscono e probabilmente nel modo più conveniente.
Come implementare uno dei Network Slicing(I)?
(2) Suddivisione della rete tra cloud edge e core: IP/MPLS-SDN
La rete definita dal software, sebbene fosse un concetto semplice quando è stata introdotta per la prima volta, sta diventando sempre più complessa.Prendendo come esempio la forma di Overlay, la tecnologia SDN può fornire una connessione di rete tra macchine virtuali sull'infrastruttura di rete esistente.
Slicing di rete end-to-end
In primo luogo, esamineremo come garantire che la connessione di rete tra le macchine virtuali del cloud edge e del cloud core sia sicura.La rete tra le macchine virtuali deve essere implementata sulla base di IP/MPLS-SDN e Transport SDN.In questo articolo ci concentreremo su IP/MPLS-SDN forniti dai fornitori di router.Ericsson e Juniper offrono entrambi prodotti con architettura di rete SDN IP/MPLS.Le operazioni sono leggermente diverse, ma la connettività tra VMS basati su SDN è molto simile.
Nel cloud principale ci sono server virtualizzati.Nell'hypervisor del server, eseguire il vRouter/vSwitch integrato.Il controller SDN fornisce la configurazione del tunnel tra il server virtualizzato e il router DC G/W (il router PE che crea la VPN MPLS L3 nel data center cloud).Crea tunnel SDN (ad esempio MPLS GRE o VXLAN) tra ciascuna macchina virtuale (ad esempio 5G IoT core) e router DC G/W nel core cloud.
Il controller SDN gestisce quindi la mappatura tra questi tunnel e la VPN MPLS L3, come la VPN IoT.Il processo è lo stesso nell'edge cloud, creando una porzione iot connessa dall'edge cloud al backbone IP/MPLS e fino al core cloud.Questo processo può essere implementato sulla base di tecnologie e standard che sono maturi e disponibili finora.
(3) Suddivisione della rete tra cloud edge e core: IP/MPLS-SDN
Ciò che rimane ora è la rete mobile fronthawall.Come possiamo tagliare questa rete mobile di frontiera tra l'edge cloud e l'RU 5G?Innanzitutto va definita la rete 5G front-haul.Ci sono alcune opzioni in discussione (ad esempio, l'introduzione di una nuova rete di inoltro basata su pacchetti ridefinendo la funzionalità di DU e RU), ma non è stata ancora fatta alcuna definizione standard.La figura seguente è un diagramma presentato al gruppo di lavoro IMT 2020 dell'ITU e fornisce un esempio di rete fronhaul virtualizzata.
Esempio di slicing di rete 5G C-RAN da parte dell'organizzazione ITU
Orario di pubblicazione: 02 febbraio 2024
