5G та сегментація мережі
Коли широко згадується 5G, найчастіше обговорюється технологія Network Slicing. Мережеві оператори, такі як KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT, та постачальники обладнання, такі як Ericsson, Nokia та Huawei, вважають, що Network Slicing – ідеальна мережева архітектура для ери 5G.
Ця нова технологія дозволяє операторам розділяти кілька віртуальних наскрізних мереж в апаратній інфраструктурі, причому кожен мережевий сегмент логічно ізольований від пристрою, мережі доступу, транспортної мережі та базової мережі, щоб відповідати різним характеристикам різних типів послуг.
Для кожного мережевого сегмента повністю гарантовано виділені ресурси, такі як віртуальні сервери, пропускна здатність мережі та якість обслуговування. Оскільки сегменти ізольовані один від одного, помилки або збої в одному сегменті не впливатимуть на зв'язок інших сегментів.
Чому 5G потребує сегментації мережі?
Від минулого до сучасної мережі 4G, мобільні мережі в основному обслуговують мобільні телефони та, як правило, лише виконували певну оптимізацію для мобільних телефонів. Однак в еру 5G мобільні мережі повинні обслуговувати пристрої різних типів та вимог. Багато згаданих сценаріїв застосування включають мобільний широкосмуговий доступ, великомасштабний Інтернет речей та критично важливий Інтернет речей. Усі вони потребують різних типів мереж та мають різні вимоги до мобільності, обліку, безпеки, контролю політик, затримки, надійності тощо.
Наприклад, масштабний сервіс Інтернету речей підключає стаціонарні датчики для вимірювання температури, вологості, кількості опадів тощо. Немає потреби в передачі даних, оновленні місцезнаходження та інших функціях основних обслуговуючих телефонів у мобільній мережі. Крім того, критично важливі сервіси Інтернету речей, такі як автономне водіння та дистанційне керування роботами, вимагають наскрізної затримки в кілька мілісекунд, що дуже відрізняється від послуг мобільного широкосмугового доступу.
Основні сценарії застосування 5G
Чи означає це, що нам потрібна окрема мережа для кожної служби? Наприклад, одна обслуговує мобільні телефони 5G, одна — масивний Інтернет речей 5G, а ще одна — критично важливий Інтернет речей 5G. Нам це не потрібно, оскільки ми можемо використовувати сегментацію мережі, щоб розділити кілька логічних мереж з окремої фізичної мережі, що є дуже економічно ефективним підходом!
Вимоги до програми для мережевого сегментування
Нижче показано фрагмент мережі 5G, описаний у офіційному документі 5G, опублікованому NGMN:
Як реалізувати наскрізне розбиття мережі?
(1) Бездротова мережа доступу 5G та базова мережа: NFV
У сучасній мобільній мережі основним пристроєм є мобільний телефон. RAN (DU та RU) та основні функції будуються на спеціалізованому мережевому обладнанні, що надається постачальниками RAN. Для реалізації мережевого сегментування необхідною є віртуалізація мережевих функцій (NFV). По суті, основна ідея NFV полягає в розгортанні програмного забезпечення мережевих функцій (тобто MME, S/P-GW та PCRF в ядрі пакетів та DU в RAN) у віртуальних машинах на комерційних серверах, а не окремо в їхніх спеціалізованих мережевих пристроях. Таким чином, RAN розглядається як прикордонна хмара, тоді як основна функція розглядається як основна хмара. З'єднання між VMS, розташованою на периферії та в основній хмарі, налаштовується за допомогою SDN. Потім для кожної послуги створюється сегмент (тобто сегмент телефону, масивний сегмент Інтернету речей, критично важливий сегмент Інтернету речей тощо).
Як реалізувати один із мережевих зрізів (I)?
На рисунку нижче показано, як кожну програму, що відповідає певній службі, можна віртуалізувати та встановити в кожному сегменті. Наприклад, сегментацію можна налаштувати наступним чином:
(1)UHD-слайсинг: віртуалізація DU, 5G core (UP) та кеш-серверів у граничній хмарі, а також віртуалізація 5G core (CP) та MVO-серверів у головній хмарі
(2) Розподіл телефонних даних: віртуалізація ядер 5G (UP та CP) та серверів IMS з повними можливостями мобільності в основній хмарі
(3) Масштабне сегментування Інтернету речей (наприклад, сенсорні мережі): віртуалізація простого та легкого ядра 5G в хмарі ядра не має можливостей управління мобільністю.
(4) Критично важливе сегментування Інтернету речей: віртуалізація ядер 5G (UP) та пов'язаних серверів (наприклад, серверів V2X) у прикордонній хмарі для мінімізації затримки передачі
Досі нам потрібно було створювати виділені сегменти для сервісів з різними вимогами. А функції віртуальної мережі розміщені в різних місцях кожного сегмента (тобто, прикордонна хмара або основна хмара) відповідно до різних характеристик сервісу. Крім того, деякі мережеві функції, такі як виставлення рахунків, контроль політик тощо, можуть бути необхідними в деяких сегментах, але не в інших. Оператори можуть налаштовувати сегментацію мережі так, як їм потрібно, і, ймовірно, найекономічнішим способом.
Як реалізувати один із мережевих зрізів (I)?
(2) Розділення мережі між периферійною та центральною хмарою: IP/MPLS-SDN
Програмно-визначені мережі, хоча й були простою концепцією на момент свого появи, стають дедалі складнішими. Взявши за приклад технологію Overlay, SDN може забезпечити мережеве з'єднання між віртуальними машинами в існуючій мережевій інфраструктурі.
Наскрізне мережеве розбиття
Спочатку ми розглянемо, як забезпечити безпеку мережевого з'єднання між граничною хмарою та віртуальними машинами основної хмари. Мережа між віртуальними машинами повинна бути реалізована на основі IP/MPLS-SDN та Transport SDN. У цій статті ми зосереджуємося на IP/MPLS-SDN, що надаються постачальниками маршрутизаторів. Ericsson та Juniper пропонують продукти мережевої архітектури IP/MPLS SDN. Операції дещо відрізняються, але зв'язок між VMS на основі SDN дуже схожий.
У головній хмарі розташовані віртуалізовані сервери. У гіпервізорі сервера запускається вбудований vRouter/vSwitch. SDN-контролер забезпечує конфігурацію тунелю між віртуалізованим сервером та маршрутизатором DC G/W (PE-маршрутизатор, який створює MPLS L3 VPN у хмарному центрі обробки даних). Створіть SDN-тунелі (наприклад, MPLS GRE або VXLAN) між кожною віртуальною машиною (наприклад, ядром 5G IoT) та маршрутизаторами DC G/W у головній хмарі.
Потім контролер SDN керує зіставленням між цими тунелями та MPLS L3 VPN, такою як IoT VPN. Процес аналогічний і в граничній хмарі, створюючи сегмент Інтернету речей, підключений від граничної хмари до магістралі IP/MPLS і аж до основної хмари. Цей процес може бути реалізований на основі технологій і стандартів, які є зрілими та доступними на сьогодні.
(3) Розділення мережі між периферійною та центральною хмарою: IP/MPLS-SDN
Тепер залишається мобільна мережа фронтального доступу. Як нам розділити цю мобільну мережу фронтального доступу між прикордонною хмарою та 5G RU? Перш за все, необхідно визначити мережу фронтального доступу 5G. Обговорюються деякі варіанти (наприклад, впровадження нової мережі прямого доступу на основі пакетів шляхом перевизначення функціональності DU та RU), але стандартного визначення ще не прийнято. На наступному рисунку представлена робоча група ITU IMT 2020 і наведено приклад віртуалізованої мережі фронтального доступу.
Приклад сегментації мережі 5G C-RAN організацією ITU
Час публікації: 02 лютого 2024 р.
