เหตุใด 5G จึงจำเป็นต้องมีการหั่นเครือข่ายวิธีการใช้การแบ่งเครือข่าย 5G

5G และการหั่นเครือข่าย
เมื่อ 5G ถูกกล่าวถึงอย่างกว้างขวางการแบ่งเครือข่ายเป็นเทคโนโลยีที่กล่าวถึงมากที่สุดในหมู่พวกเขา ผู้ให้บริการเครือข่ายเช่น KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT และผู้ขายอุปกรณ์เช่น Ericsson, Nokia และ Huawei ทุกคนเชื่อว่าการหั่นเครือข่ายเป็นสถาปัตยกรรมเครือข่ายในอุดมคติสำหรับยุค 5G
เทคโนโลยีใหม่นี้ช่วยให้ผู้ให้บริการสามารถแยกเครือข่ายแบบ end-to-end เสมือนจริงหลายแห่งในโครงสร้างพื้นฐานฮาร์ดแวร์และแต่ละเครือข่ายแต่ละชิ้นจะถูกแยกออกจากอุปกรณ์, เครือข่ายการเข้าถึง, เครือข่ายการขนส่งและเครือข่ายหลักเพื่อตอบสนองคุณลักษณะที่แตกต่างกันของบริการประเภทต่างๆ
สำหรับชิ้นส่วนเครือข่ายแต่ละชิ้นทรัพยากรเฉพาะเช่นเซิร์ฟเวอร์เสมือนจริงแบนด์วิดท์เครือข่ายและคุณภาพของบริการได้รับการรับประกันอย่างเต็มที่ เนื่องจากชิ้นถูกแยกออกจากกันข้อผิดพลาดหรือความล้มเหลวในชิ้นเดียวจะไม่ส่งผลกระทบต่อการสื่อสารของชิ้นอื่น

ทำไม 5G ต้องการการหั่นเครือข่าย?
จากอดีตไปยังเครือข่าย 4G ปัจจุบันเครือข่ายมือถือส่วนใหญ่ให้บริการโทรศัพท์มือถือและโดยทั่วไปจะทำเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับโทรศัพท์มือถือเท่านั้น อย่างไรก็ตามในยุค 5G เครือข่ายมือถือจำเป็นต้องให้บริการอุปกรณ์และข้อกำหนดประเภทต่างๆ สถานการณ์แอปพลิเคชันหลายอย่างที่กล่าวถึงรวมถึงบรอดแบนด์มือถือ IoT ขนาดใหญ่และ IoT ที่สำคัญของภารกิจ พวกเขาทั้งหมดต้องการเครือข่ายประเภทต่าง ๆ และมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันในการเคลื่อนย้ายการบัญชีการรักษาความปลอดภัยการควบคุมนโยบายเวลาแฝงความน่าเชื่อถือและอื่น ๆ
ตัวอย่างเช่นบริการ IoT ขนาดใหญ่เชื่อมต่อเซ็นเซอร์คงที่เพื่อวัดอุณหภูมิความชื้นปริมาณน้ำฝน ฯลฯ ไม่จำเป็นต้องส่งมอบการอัปเดตตำแหน่งและคุณสมบัติอื่น ๆ ของโทรศัพท์ที่ให้บริการหลักในเครือข่ายมือถือ นอกจากนี้บริการ IoT ที่สำคัญของภารกิจเช่นการขับขี่แบบอิสระและการควบคุมระยะไกลของหุ่นยนต์ต้องใช้เวลาแฝงแบบ end-to-end หลายมิลลิวินาทีซึ่งแตกต่างจากบริการบรอดแบนด์มือถือมาก

สถานการณ์แอปพลิเคชันหลักของ 5G
นี่หมายความว่าเราต้องการเครือข่ายเฉพาะสำหรับแต่ละบริการหรือไม่? ตัวอย่างเช่นเครื่องหนึ่งให้บริการโทรศัพท์มือถือ 5G หนึ่งเครื่องมีขนาดใหญ่ 5G IoT และอีกอันให้บริการ 5G Mission Critical IoT เราไม่จำเป็นต้องทำเพราะเราสามารถใช้การแบ่งเครือข่ายเพื่อแยกเครือข่ายเชิงตรรกะหลายเครือข่ายออกจากเครือข่ายทางกายภาพแยกต่างหากซึ่งเป็นวิธีที่คุ้มค่ามาก!

ข้อกำหนดของแอปพลิเคชันสำหรับการหั่นเครือข่าย
ชิ้นส่วนเครือข่าย 5G ที่อธิบายไว้ในกระดาษสีขาว 5G ที่ออกโดย NGMN แสดงอยู่ด้านล่าง:

เราจะใช้การแบ่งเครือข่ายแบบ end-to-end ได้อย่างไร
(1) เครือข่ายการเข้าถึงไร้สาย 5G และเครือข่ายหลัก: NFV
ในเครือข่ายมือถือวันนี้อุปกรณ์หลักคือโทรศัพท์มือถือ Ran (DU และ RU) และฟังก์ชั่นหลักถูกสร้างขึ้นจากอุปกรณ์เครือข่ายเฉพาะที่จัดทำโดยผู้ขาย RAN ในการใช้งานการแบ่งเครือข่ายฟังก์ชั่นการจำลองเสมือนจริง (NFV) เป็นข้อกำหนดเบื้องต้น โดยทั่วไปแนวคิดหลักของ NFV คือการปรับใช้ซอฟต์แวร์ฟังก์ชั่นเครือข่าย (เช่น MME, S/P-GW และ PCRF ใน Packet Core และ DU ใน RAN) ทั้งหมดในเครื่องเสมือนบนเซิร์ฟเวอร์เชิงพาณิชย์แทนที่จะแยกในอุปกรณ์เครือข่ายเฉพาะ ด้วยวิธีนี้ RAN จะถือว่าเป็นเมฆขอบในขณะที่ฟังก์ชั่นหลักถือเป็นเมฆหลัก การเชื่อมต่อระหว่าง VMS ที่อยู่ที่ขอบและในคลาวด์แกนถูกกำหนดค่าโดยใช้ SDN จากนั้นชิ้นส่วนจะถูกสร้างขึ้นสำหรับแต่ละบริการ (เช่นชิ้นโทรศัพท์, ชิ้น IoT ขนาดใหญ่, Mission Critical IoT Slice ฯลฯ )

 

วิธีการใช้หนึ่งในการแบ่งเครือข่าย (i)
รูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่าแอปพลิเคชันเฉพาะบริการแต่ละรายการสามารถติดตั้งและติดตั้งในแต่ละชิ้นได้อย่างไร ตัวอย่างเช่นการหั่นสามารถกำหนดค่าได้ดังนี้:
(1) UHD Slicing: Virtualizing DU, 5G Core (UP) และ Cache Servers ใน Edge Cloud และ Virtualizing 5G Core (CP) และ MVO ใน Core Cloud
(2) การหั่นโทรศัพท์: การทำให้เสมือนจริง 5G คอร์ (UP และ CP) และเซิร์ฟเวอร์ IMS ที่มีความสามารถในการเคลื่อนที่เต็มรูปแบบในคลาวด์หลัก
(3) การแบ่ง IoT ขนาดใหญ่ (เช่นเครือข่ายเซ็นเซอร์): การทำให้เสมือนจริง 5G Core ที่เรียบง่ายและมีน้ำหนักเบาในคลาวด์หลักไม่มีความสามารถในการจัดการความคล่องตัว
(4) การแบ่ง IoT ที่สำคัญของภารกิจ: การทำให้เสมือนจริง 5G คอร์ (UP) และเซิร์ฟเวอร์ที่เกี่ยวข้อง (เช่นเซิร์ฟเวอร์ V2X) ในคลาวด์ขอบเพื่อลดเวลาแฝงการส่งผ่าน
จนถึงตอนนี้เราจำเป็นต้องสร้างชิ้นเฉพาะสำหรับบริการที่มีข้อกำหนดที่แตกต่างกัน และฟังก์ชั่นเครือข่ายเสมือนอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างกันในแต่ละชิ้น (เช่น, Edge Cloud หรือ Core Cloud) ตามลักษณะการบริการที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ฟังก์ชั่นเครือข่ายบางอย่างเช่นการเรียกเก็บเงินการควบคุมนโยบาย ฯลฯ อาจจำเป็นในบางชิ้น แต่ไม่ใช่ในส่วนอื่น ๆ ผู้ประกอบการสามารถปรับแต่งเครือข่ายที่แบ่งตามวิธีที่พวกเขาต้องการและอาจเป็นวิธีที่คุ้มค่าที่สุด

วิธีการใช้หนึ่งในการแบ่งเครือข่าย (i)
(2) การแบ่งเครือข่ายระหว่าง Edge และ Core Cloud: IP/MPLS-SDN
ซอฟต์แวร์ที่กำหนดเครือข่ายแม้ว่าจะเป็นแนวคิดง่ายๆเมื่อมีการเปิดตัวครั้งแรก แต่ก็มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ การใช้รูปแบบของการซ้อนทับเป็นตัวอย่างเทคโนโลยี SDN สามารถให้การเชื่อมต่อเครือข่ายระหว่างเครื่องเสมือนจริงในโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายที่มีอยู่

การแบ่งเครือข่ายแบบ end-to-end
ประการแรกเราดูวิธีการตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อเครือข่ายระหว่าง Edge Cloud และ Core Cloud Virtual Machines มีความปลอดภัย เครือข่ายระหว่างเครื่องเสมือนจะต้องดำเนินการตาม IP/MPLS-SDN และ Transport SDN ในบทความนี้เรามุ่งเน้นไปที่ IP/MPLS-SDN ที่จัดทำโดยผู้ขายเราเตอร์ Ericsson และ Juniper ทั้งสองเสนอผลิตภัณฑ์สถาปัตยกรรมเครือข่าย IP/MPLS SDN การดำเนินการแตกต่างกันเล็กน้อย แต่การเชื่อมต่อระหว่าง VMS ที่ใช้ SDN นั้นคล้ายกันมาก
ในคลาวด์หลักคือเซิร์ฟเวอร์เสมือนจริง ในไฮเปอร์ไวเซอร์ของเซิร์ฟเวอร์ให้เรียกใช้ vrouter/vswitch ในตัว คอนโทรลเลอร์ SDN ให้การกำหนดค่าอุโมงค์ระหว่างเซิร์ฟเวอร์เสมือนจริงและเราเตอร์ DC G/W (เราเตอร์ PE ที่สร้าง MPLS L3 VPN ในศูนย์ข้อมูลคลาวด์) สร้าง Tunnels SDN (เช่น MPLS GRE หรือ VXLAN) ระหว่างเครื่องเสมือนแต่ละเครื่อง (เช่น 5G IoT Core) และเราเตอร์ DC G/W ในเมฆหลัก
จากนั้นคอนโทรลเลอร์ SDN จะจัดการการแมประหว่างอุโมงค์เหล่านี้และ MPLS L3 VPN เช่น IoT VPN กระบวนการนี้เหมือนกันในคลาวด์ขอบสร้างชิ้น IoT ที่เชื่อมต่อจากคลาวด์ขอบไปยังกระดูกสันหลัง IP/MPLS และไปจนถึงคลาวด์หลัก กระบวนการนี้สามารถนำไปใช้ตามเทคโนโลยีและมาตรฐานที่เป็นผู้ใหญ่และมีอยู่จนถึงตอนนี้
(3) การแบ่งเครือข่ายระหว่าง Edge และ Core Cloud: IP/MPLS-SDN
สิ่งที่เหลืออยู่ตอนนี้คือเครือข่ายมือถือ Fronthawall เราจะตัดเครือข่าย fronthold มือถือนี้ระหว่าง Edge Cloud และ 5G RU ได้อย่างไร ก่อนอื่นต้องกำหนดเครือข่าย 5G front-haul ก่อน มีตัวเลือกบางอย่างภายใต้การสนทนา (เช่นการแนะนำเครือข่ายไปข้างหน้าแพ็คเก็ตใหม่โดยการกำหนดฟังก์ชั่นของ DU และ RU) ใหม่ แต่ยังไม่มีคำจำกัดความมาตรฐาน รูปต่อไปนี้เป็นไดอะแกรมที่นำเสนอในคณะทำงาน IMT IMT 2020 และให้ตัวอย่างของเครือข่าย Fronhaul เสมือนจริง

ตัวอย่างการหั่นเครือข่าย 5G C-RAN โดยองค์กร ITU