5G och nätverksdelning
När 5G nämns allmänt är Network Slicing den mest diskuterade tekniken bland dem. Nätoperatörer som KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT och utrustningsleverantörer som Ericsson, Nokia och Huawei anser alla att Network Slicing är den ideala nätverksarkitekturen för 5G-eran.
Denna nya teknik gör det möjligt för operatörer att dela upp flera virtuella end-to-end-nätverk i en hårdvaruinfrastruktur, och varje Network Slice är logiskt isolerad från enheten, accessnätet, transportnätet och kärnnätet för att möta de olika egenskaperna hos olika typer av tjänster.
För varje nätverkssegment garanteras dedikerade resurser som virtuella servrar, nätverksbandbredd och servicekvalitet. Eftersom segmenten är isolerade från varandra kommer fel eller fel i en segment inte att påverka kommunikationen mellan andra segment.
Varför behöver 5G nätverksslicing?
Från det förflutna till det nuvarande 4G-nätet har mobilnät huvudsakligen betjänat mobiltelefoner och generellt sett bara viss optimering för mobiltelefoner. Men i 5G-eran behöver mobilnät betjäna enheter av olika typer och krav. Många av de applikationsscenarier som nämns inkluderar mobilt bredband, storskaligt sakernas internet och verksamhetskritiskt sakernas internet. De behöver alla olika typer av nätverk och har olika krav på mobilitet, redovisning, säkerhet, policykontroll, latens, tillförlitlighet och så vidare.
Till exempel ansluter en storskalig IoT-tjänst fasta sensorer för att mäta temperatur, luftfuktighet, nederbörd etc. Det finns inget behov av överlämningar, platsuppdateringar och andra funktioner hos de huvudsakliga telefonerna i mobilnätet. Dessutom kräver verksamhetskritiska IoT-tjänster som autonom körning och fjärrstyrning av robotar en end-to-end-latens på flera millisekunder, vilket skiljer sig mycket från mobila bredbandstjänster.
Huvudsakliga tillämpningsscenarier för 5G
Betyder det att vi behöver ett dedikerat nätverk för varje tjänst? Till exempel, ett hanterar 5G-mobiltelefoner, ett hanterar 5G massiva sakernas internet och ett hanterar 5G verksamhetskritiska sakernas internet. Vi behöver inte det, eftersom vi kan använda nätverksdelning för att dela upp flera logiska nätverk från ett separat fysiskt nätverk, vilket är en mycket kostnadseffektiv metod!
Applikationskrav för nätverksdelning
5G-nätverkssegmentet som beskrivs i 5G-vitboken som släppts av NGMN visas nedan:
Hur implementerar vi end-to-end Network Slicing?
(1) 5G trådlöst accessnät och kärnnät: NFV
I dagens mobilnät är mobiltelefonen den huvudsakliga enheten. RAN (DU och RU) och kärnfunktioner byggs från dedikerad nätverksutrustning som tillhandahålls av RAN-leverantörer. För att implementera nätverksslicing är nätverksfunktionsvirtualisering (NFV) en förutsättning. I grund och botten är huvudidén med NFV att distribuera nätverksfunktionsprogramvaran (dvs. MME, S/P-GW och PCRF i paketkärnan och DU i RAN) i de virtuella maskinerna på de kommersiella servrarna istället för separat i deras dedikerade nätverksenheter. På så sätt behandlas RAN som edge-molnet, medan kärnfunktionen behandlas som core-molnet. Anslutningen mellan VMS som finns vid kanten och i core-molnet konfigureras med hjälp av SDN. Sedan skapas en slice för varje tjänst (dvs. telefonslice, massive IoT-slice, mission critical IoT-slice, etc.).
Hur implementerar man en av Network Slicing(I)?
Figuren nedan visar hur varje tjänstespecifik applikation kan virtualiseras och installeras i varje slice. Till exempel kan slice konfigureras enligt följande:
(1) UHD-slicing: virtualisering av DU, 5G-kärnservrar (UP) och cacheservrar i edge-molnet, och virtualisering av 5G-kärnservrar (CP) och MVO-servrar i core-molnet
(2) Telefonslicing: virtualisering av 5G-kärnor (UP och CP) och IMS-servrar med fullständiga mobilitetsfunktioner i kärnmolnet
(3) Storskalig IoT-slicing (t.ex. sensornätverk): Virtualisering av en enkel och lätt 5G-kärna i kärnmolnet har inga mobilitetshanteringsfunktioner.
(4) Verksamhetskritisk IoT-slicing: Virtualisering av 5G-kärnor (UP) och tillhörande servrar (t.ex. V2X-servrar) i edge-molnet för att minimera överföringslatens
Hittills har vi behövt skapa dedikerade skivor för tjänster med olika krav. Och de virtuella nätverksfunktionerna placeras på olika platser i varje skiva (dvs. edge cloud eller core cloud) beroende på olika tjänsteegenskaper. Dessutom kan vissa nätverksfunktioner, såsom fakturering, policykontroll etc., vara nödvändiga i vissa skivor, men inte i andra. Operatörer kan anpassa nätverksslicing som de vill, och förmodligen på det mest kostnadseffektiva sättet.
Hur implementerar man en av Network Slicing(I)?
(2) Nätverksdelning mellan edge- och core-moln: IP/MPLS-SDN
Programvarudefinierade nätverk, även om konceptet var enkelt när det först introducerades, blir alltmer komplext. Med formen av Overlay som exempel kan SDN-teknik tillhandahålla nätverksanslutning mellan virtuella maskiner på den befintliga nätverksinfrastrukturen.
End-to-end-nätverksslicing
Först tittar vi på hur man säkerställer att nätverksanslutningen mellan edge-molnet och de virtuella kärnmolnmaskinerna är säker. Nätverket mellan de virtuella maskinerna måste implementeras baserat på IP/MPLS-SDN och Transport SDN. I den här artikeln fokuserar vi på IP/MPLS-SDN som tillhandahålls av routerleverantörer. Ericsson och Juniper erbjuder båda IP/MPLS SDN-nätverksarkitekturprodukter. Funktionerna skiljer sig något, men anslutningen mellan SDN-baserade VMS är mycket likartad.
I kärnmolnet finns virtualiserade servrar. Kör den inbyggda vRouter/vSwitch i serverns hypervisor. SDN-kontrollern tillhandahåller tunnelkonfigurationen mellan den virtualiserade servern och DC G/W-routern (PE-routern som skapar MPLS L3 VPN i molndatacentret). Skapa SDN-tunnlar (dvs. MPLS GRE eller VXLAN) mellan varje virtuell maskin (t.ex. 5G IoT-kärna) och DC G/W-routrar i kärnmolnet.
SDN-styrenheten hanterar sedan mappningen mellan dessa tunnlar och MPLS L3 VPN, såsom IoT VPN. Processen är densamma i edge-molnet, vilket skapar en IoT-slice ansluten från edge-molnet till IP/MPLS-stamnätet och hela vägen till kärnmolnet. Denna process kan implementeras baserat på tekniker och standarder som är mogna och tillgängliga hittills.
(3) Nätverksdelning mellan edge- och core-moln: IP/MPLS-SDN
Det som återstår nu är det mobila fronthaul-nätverket. Hur kan vi separera detta mobila fronthold-nätverk mellan edge-molnet och 5G RU? Först och främst måste 5G fronthaul-nätverket definieras. Det finns några alternativ under diskussion (t.ex. att introducera ett nytt paketbaserat forwardnätverk genom att omdefiniera funktionaliteten hos DU och RU), men ingen standarddefinition har ännu gjorts. Följande figur är ett diagram som presenterades i ITU IMT 2020-arbetsgruppen och ger ett exempel på ett virtualiserat fronthaul-nätverk.
Exempel på 5G C-RAN-nätverksslicing av ITU-organisationen
Publiceringstid: 2 februari 2024
