5G ו-Network Slicing
כאשר 5G מוזכר בהרחבה, Network Slicing היא הטכנולוגיה המדוברת ביותר מביניהן. מפעילי רשת כמו KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT, וספקי ציוד כמו Ericsson, Nokia ו-Huawei מאמינים ש-Network Slicing היא ארכיטקטורת הרשת האידיאלית לעידן ה-5G.
טכנולוגיה חדשה זו מאפשרת למפעילים לפצל מספר רשתות וירטואליות מקצה לקצה בתשתית חומרה, וכל פרוסת רשת מבודדת באופן לוגי מהמכשיר, רשת הגישה, רשת התעבורה ורשת הליבה כדי לעמוד במאפיינים השונים של סוגים שונים של שירותים.
עבור כל פרוסת רשת, משאבים ייעודיים כגון שרתים וירטואליים, רוחב פס רשת ואיכות שירות מובטחים במלואם. מכיוון שהפרוסות מבודדות זו מזו, שגיאות או כשלים בפרוסה אחת לא ישפיעו על התקשורת של פרוסות אחרות.
למה 5G צריך חיתוך רשתות?
מהעבר ועד לרשת ה-4G הנוכחית, רשתות סלולריות משרתות בעיקר טלפונים ניידים, ובדרך כלל מבצעות אופטימיזציה מסוימת עבור טלפונים ניידים. עם זאת, בעידן ה-5G, רשתות סלולריות צריכות לשרת מכשירים מסוגים ודרישות שונים. רבים מתרחישי היישומים שהוזכרו כוללים פס רחב נייד, האינטרנט של הדברים בקנה מידה גדול, ואינטרנט של הדברים הקריטי למשימה. כולם זקוקים לסוגים שונים של רשתות ויש להם דרישות שונות בתחומי ניידות, חשבונאות, אבטחה, בקרת מדיניות, השהייה, אמינות וכן הלאה.
לדוגמה, שירות אינטרנט של הדברים (IoT) בקנה מידה גדול מחבר חיישנים קבועים למדידת טמפרטורה, לחות, כמות גשם וכו'. אין צורך במסירות, עדכוני מיקום ותכונות אחרות של הטלפונים העיקריים ברשת הסלולרית. בנוסף, שירותי אינטרנט של הדברים (IoT) קריטיים למשימה, כגון נהיגה אוטונומית ושליטה מרחוק על רובוטים, דורשים השהייה מקצה לקצה של מספר מילישניות, השונה מאוד משירותי פס רחב ניידים.
תרחישי יישום עיקריים של 5G
האם זה אומר שאנחנו צריכים רשת ייעודית לכל שירות? לדוגמה, אחת משרתת טלפונים ניידים של 5G, אחת משרתת אינטרנט של דברים גדולים של 5G, ואחת משרתת אינטרנט של דברים קריטיים למשימה של 5G. אנחנו לא צריכים, כי אנחנו יכולים להשתמש בפרוסת רשת כדי לפצל מספר רשתות לוגיות מרשת פיזית נפרדת, וזו גישה חסכונית מאוד!
דרישות יישום עבור חיתוך רשת
פרוסת רשת ה-5G המתוארת במאמר הלבן של 5G שפורסם על ידי NGMN מוצגת להלן:
כיצד אנו מיישמים חיתוך רשת מקצה לקצה?
(1) רשת גישה אלחוטית 5G ורשת ליבה: NFV
ברשת הסלולר של ימינו, המכשיר העיקרי הוא הטלפון הנייד. RAN (DU ו-RU) ופונקציות הליבה נבנות מציוד רשת ייעודי המסופק על ידי ספקי RAN. כדי ליישם חיתוך רשת, וירטואליזציה של פונקציות רשת (NFV) היא תנאי הכרחי. בעיקרון, הרעיון המרכזי של NFV הוא לפרוס את תוכנת פונקציות הרשת (כלומר MME, S/P-GW ו-PCRF בליבת החבילה ו-DU ב-RAN) כולן במכונות הווירטואליות בשרתים המסחריים במקום בנפרד בהתקני הרשת הייעודיים שלהן. בדרך זו, ה-RAN מטופל כענן הקצה, בעוד שפונקציית הליבה מטופלת כענן הליבה. החיבור בין VMS הממוקם בקצה לבין ענן הליבה מוגדר באמצעות SDN. לאחר מכן, נוצרת פרוסה עבור כל שירות (כלומר פרוסה של טלפון, פרוסה של IoT מסיבית, פרוסה של IoT קריטית למשימה וכו').
כיצד ליישם אחת משיטות החיתוך של הרשת (Network Slicing(I))?
האיור שלהלן מציג כיצד ניתן להפוך כל יישום ספציפי לשירות לווירטואלי ולהתקין אותו בכל פרוסה. לדוגמה, ניתן להגדיר את הפרוסה באופן הבא:
(1) חיתוך UHD: וירטואליזציה של שרתי DU, ליבת 5G (UP) ושרת מטמון בענן הקצה, ווירטואליזציה של שרתי ליבת 5G (CP) ושרתי MVO בענן הליבה
(2) חיתוך טלפונים: וירטואליזציה של ליבות 5G (UP ו-CP) ושרתי IMS עם יכולות ניידות מלאות בענן הליבה
(3) חיתוך של האינטרנט של הדברים בקנה מידה גדול (למשל, רשתות חיישנים): וירטואליזציה של ליבת 5G פשוטה וקלת משקל בענן הליבה אינה כוללת יכולות ניהול ניידות.
(4) חיתוך של מערכות IoT קריטיות למשימה: וירטואליזציה של ליבות 5G (UP) ושרתים נלווים (למשל, שרתי V2X) בענן הקצה למזעור השהיית השידור.
עד כה, היינו צריכים ליצור פרוסות ייעודיות עבור שירותים עם דרישות שונות. ופונקציות הרשת הווירטואלית ממוקמות במיקומים שונים בכל פרוסה (כלומר, ענן קצה או ענן ליבה) בהתאם למאפייני השירות השונים. בנוסף, חלק מפונקציות הרשת, כגון חיוב, בקרת מדיניות וכו', עשויות להיות נחוצות בפרוסות מסוימות, אך לא באחרות. מפעילים יכולים להתאים אישית את פרוסות הרשת כרצונם, וכנראה בדרך החסכונית ביותר.
כיצד ליישם אחת משיטות החיתוך של הרשת (Network Slicing(I))?
(2) חיתוך רשת בין ענן קצה לענן ליבה: IP/MPLS-SDN
רשתות מוגדרות תוכנה (SDN), למרות שהיו פשוטות כשהוצגו לראשונה, הופכות למורכבות יותר ויותר. אם ניקח לדוגמה את הצורה של Overlay, טכנולוגיית SDN יכולה לספק חיבור רשת בין מכונות וירטואליות על גבי תשתית הרשת הקיימת.
חיתוך רשת מקצה לקצה
ראשית, נבחן כיצד להבטיח שחיבור הרשת בין מכונות הווירטואליות בענן הקצה למכונות הווירטואליות בענן המרכזי מאובטח. יש ליישם את הרשת בין המכונות הווירטואליות על בסיס IP/MPLS-SDN ו-Transport SDN. במאמר זה, נתמקד ב-IP/MPLS-SDN המסופק על ידי ספקי נתבים. אריקסון וג'וניפר מציעות שתיהן מוצרי ארכיטקטורת רשת IP/MPLS SDN. הפעולות שונות במקצת, אך הקישוריות בין מכונות VMS מבוססות SDN דומה מאוד.
בענן הליבה נמצאים שרתים וירטואליים. בהיפר-ויזור של השרת, הפעילו את vRouter/vSwitch המובנה. בקר ה-SDN מספק את תצורת המנהרה בין השרת הווירטואלי לנתב DC G/W (נתב ה-PE שיוצר את ה-MPLS L3 VPN במרכז הנתונים בענן). צרו מנהרות SDN (כלומר MPLS GRE או VXLAN) בין כל מכונה וירטואלית (למשל ליבת 5G IoT) לבין נתבי DC G/W בענן הליבה.
בקר ה-SDN מנהל לאחר מכן את המיפוי בין המנהרות הללו לבין ה-MPLS L3 VPN, כגון ה-IoT VPN. התהליך זהה בענן הקצה, ויוצר פרוסת IoT המחוברת מענן הקצה לעמוד השדרה של IP/MPLS ועד לענן הליבה. תהליך זה יכול להיות מיושם על סמך טכנולוגיות ותקנים בוגרים וזמינים עד כה.
(3) חיתוך רשת בין ענן קצה לענן ליבה: IP/MPLS-SDN
מה שנותר כעת הוא רשת חזית התנועה הניידת. כיצד נחתך את רשת החזית הניידת הזו בין ענן הקצה לבין רשת ה-5G RU? ראשית, יש להגדיר תחילה את רשת ה-5G Front-haul. ישנן מספר אפשרויות הנמצאות בדיונים (למשל, הכנסת רשת העברת נתונים חדשה מבוססת מנות על ידי הגדרה מחדש של הפונקציונליות של DU ו-RU), אך עדיין לא גובשה הגדרה סטנדרטית. האיור הבא הוא תרשים שהוצג בקבוצת העבודה של ITU IMT 2020 ונותן דוגמה לרשת חזית תנועה וירטואלית.
דוגמה לחלוקה לרשת 5G C-RAN על ידי ארגון ITU
זמן פרסום: 2 בפברואר 2024
