למה 5G צריך Network Slicing, איך ליישם 5G Network Slicing?

5G וחיתוך רשת
כאשר 5G מוזכר בהרחבה, Network Slicing היא הטכנולוגיה המדוברת ביותר מביניהם. מפעילי רשת כמו KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT וספקי ציוד כמו אריקסון, נוקיה ו-Huawei מאמינים כולם ש- Network Slicing היא ארכיטקטורת הרשת האידיאלית לעידן ה-5G.
טכנולוגיה חדשה זו מאפשרת למפעילים לפצל מספר רשתות וירטואליות מקצה לקצה בתשתית חומרה, וכל נתח רשת מבודד באופן לוגי מהמכשיר, רשת הגישה, רשת התחבורה ומרשת הליבה כדי לענות על המאפיינים השונים של סוגים שונים של שירותים.
עבור כל נתח רשת, משאבים ייעודיים כגון שרתים וירטואליים, רוחב פס רשת ואיכות השירות מובטחים במלואם. מכיוון שפרוסות מבודדות זו מזו, שגיאות או כשלים בפרוסה אחת לא ישפיעו על התקשורת של פרוסות אחרות.

למה 5G צריך חיתוך רשת?
מהעבר ועד לרשת הדור הרביעי הנוכחית, רשתות סלולריות משרתות בעיקר טלפונים ניידים, ובדרך כלל עושות אופטימיזציה מסוימת עבור טלפונים ניידים. עם זאת, בעידן ה-5G, רשתות סלולריות צריכות לשרת מכשירים מסוגים ודרישות שונות. רבים מתרחישי היישומים שהוזכרו כוללים פס רחב נייד, iot בקנה מידה גדול ו-iot קריטי למשימה. כולם זקוקים לסוגים שונים של רשתות ויש להם דרישות שונות בניידות, חשבונאות, אבטחה, בקרת מדיניות, חביון, אמינות וכן הלאה.
לדוגמה, שירות iot בקנה מידה גדול מחבר חיישנים קבועים למדידת טמפרטורה, לחות, גשמים וכו'. אין צורך במסירות, עדכוני מיקום ותכונות אחרות של טלפונים המשרתים הראשיים ברשת הסלולרית. בנוסף, שירותי iot קריטיים למשימה כמו נהיגה אוטונומית ושליטה מרחוק על רובוטים דורשים השהייה מקצה לקצה של מספר אלפיות השנייה, מה ששונה מאוד משירותי פס רחב ניידים.

תרחישי יישומים עיקריים של 5G
האם זה אומר שאנחנו צריכים רשת ייעודית לכל שירות? לדוגמה, אחד משרת טלפונים ניידים של 5G, אחד משרת 5G מסיבי של iot ואחד משרת 5G משימה קריטית. אנחנו לא צריכים, כי אנחנו יכולים להשתמש בחיתוך רשת כדי לפצל מספר רשתות לוגיות מרשת פיזית נפרדת, וזו גישה חסכונית מאוד!

דרישות יישום לחיתוך רשת
פרוסת רשת ה-5G המתוארת במסמך הלבן 5G שפורסם על ידי NGMN מוצגת להלן:

כיצד אנו מיישמים חיתוך רשת מקצה לקצה?
(1) רשת גישה אלחוטית 5G ורשת ליבה: NFV
ברשת הסלולרית של היום, המכשיר העיקרי הוא הטלפון הנייד. RAN(DU ו-RU) ופונקציות הליבה בנויות מציוד רשת ייעודי שמסופק על ידי ספקי RAN. כדי ליישם חיתוך רשת, וירטואליזציה של פונקציית רשת (NFV) היא תנאי מוקדם. בעיקרון, הרעיון המרכזי של NFV הוא לפרוס את תוכנת פונקציית הרשת (כלומר MME, S/P-GW ו-PCRF בליבת המנות ו-DU ב-RAN) כולם במכונות הווירטואליות בשרתים המסחריים במקום בנפרד בליבת המנות שלהם. התקני רשת. באופן זה מתייחסים ל-RAN כאל ענן הקצה, בעוד שפונקציית הליבה מטופלת כאל ענן הליבה. החיבור בין VMS הממוקם בקצה ובענן הליבה מוגדר באמצעות SDN. לאחר מכן, נוצרת פרוסה עבור כל שירות (כלומר פרוסת טלפון, פרוסת iot מאסיבית, פרוסת iot קריטית למשימה וכו').

 

כיצד ליישם אחד מה-Network Slicing(I)?
האיור שלהלן מראה כיצד ניתן לעשות וירטואליזציה והתקנה של כל אפליקציה ספציפית לשירות בכל פרוסה. לדוגמה, ניתן להגדיר חיתוך באופן הבא:
(1) חיתוך UHD: וירטואליזציה של שרתי DU, ליבת 5G (UP) ושרתי מטמון בענן הקצה, וירטואליזציה של שרתי ליבת 5G (CP) ו-MVO בענן הליבה
(2) חיתוך טלפון: וירטואליזציה של ליבות 5G (UP ו-CP) ושרתי IMS עם יכולות ניידות מלאות בענן הליבה
(3) חיתוך IOT בקנה מידה גדול (למשל, רשתות חיישנים): לווירטואליזציה של ליבת 5G פשוטה וקלת משקל בענן הליבה אין יכולות ניהול ניידות
(4) חיתוך iot קריטי למשימה: וירטואליזציה של ליבות 5G (UP) ושרתים קשורים (למשל, שרתי V2X) בענן הקצה למזעור זמן השידור
עד כה, היינו צריכים ליצור פרוסות ייעודיות עבור שירותים עם דרישות שונות. ופונקציות הרשת הוירטואלית ממוקמות במיקומים שונים בכל פרוסה (כלומר, ענן קצה או ענן ליבה) לפי מאפייני שירות שונים. בנוסף, חלק מפונקציות הרשת, כגון חיוב, בקרת מדיניות וכו', עשויות להיות נחוצות בחלקים מסוימים, אך לא באחרים. מפעילים יכולים להתאים אישית את חיתוך הרשת בצורה שהם רוצים, וכנראה הדרך החסכונית ביותר.

כיצד ליישם אחד מה-Network Slicing(I)?
(2) חיתוך רשת בין קצה לענן הליבה: IP/MPLS-SDN
רשת מוגדרת באמצעות תוכנה, למרות שהיא מושג פשוטה כשהיא הוצגה לראשונה, הופכת מורכבת יותר ויותר. אם לוקחים את הצורה של Overlay כדוגמה, טכנולוגיית SDN יכולה לספק חיבור רשת בין מכונות וירטואליות בתשתית הרשת הקיימת.

חיתוך רשת מקצה לקצה
ראשית, אנו בוחנים כיצד להבטיח שחיבור הרשת בין ענן הקצה למכונות הווירטואליות של ענן הליבה מאובטח. יש ליישם את הרשת בין המכונות הוירטואליות על בסיס IP/MPLS-SDN ו-Transport SDN. במאמר זה, אנו מתמקדים ב-IP/MPLS-SDN המסופקים על ידי ספקי נתבים. אריקסון וג'וניפר מציעות שתיהן מוצרי ארכיטקטורת רשת IP/MPLS SDN. הפעולות מעט שונות, אך הקישוריות בין VMS מבוסס SDN דומה מאוד.
בענן הליבה נמצאים שרתים וירטואליים. ב-hypervisor של השרת, הפעל את vRouter/vSwitch המובנה. בקר ה-SDN מספק את תצורת המנהרה בין השרת הווירטואלי לנתב DC G/W (נתב PE שיוצר את MPLS L3 VPN במרכז הנתונים בענן). צור מנהרות SDN (כלומר MPLS GRE או VXLAN) בין כל מכונה וירטואלית (למשל ליבת 5G IoT) ונתבי DC G/W בענן הליבה.
לאחר מכן, בקר ה-SDN מנהל את המיפוי בין המנהרות הללו לבין MPLS L3 VPN, כגון IoT VPN. התהליך זהה בענן הקצה, יוצר פרוסת iot המחוברת מענן הקצה לשדרת ה-IP/MPLS ועד לענן הליבה. תהליך זה יכול להיות מיושם בהתבסס על טכנולוגיות וסטנדרטים בשלים וזמינים עד כה.
(3) חיתוך רשת בין קצה לענן הליבה: IP/MPLS-SDN
מה שנותר כעת הוא רשת החזית הניידת. איך חותכים את רשת החזית הניידת הזו בין ענן הקצה ל-5G RU? קודם כל, יש להגדיר תחילה את רשת ה-5G הקדמית. ישנן כמה אפשרויות בדיון (למשל, הצגת רשת קדימה מבוססת מנות על ידי הגדרה מחדש של הפונקציונליות של DU ו-RU), אך עדיין לא נעשתה הגדרה סטנדרטית. האיור הבא הוא דיאגרמה המוצגת בקבוצת העבודה של ITU IMT 2020 ונותנת דוגמה של רשת חזיתות וירטואלית.

דוגמה לחיתוך רשת 5G C-RAN על ידי ארגון ITU