5G และการแบ่งส่วนเครือข่าย
เมื่อมีการกล่าวถึง 5G อย่างกว้างขวาง Network Slicing จึงเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการกล่าวถึงมากที่สุดผู้ให้บริการเครือข่าย เช่น KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT และผู้จำหน่ายอุปกรณ์ เช่น Ericsson, Nokia และ Huawei ต่างเชื่อว่า Network Slicing เป็นสถาปัตยกรรมเครือข่ายในอุดมคติสำหรับยุค 5G
เทคโนโลยีใหม่นี้ช่วยให้ผู้ให้บริการสามารถแยกเครือข่ายเสมือนแบบ end-to-end หลายเครือข่ายในโครงสร้างพื้นฐานฮาร์ดแวร์ได้ และ Network Slice แต่ละรายการจะถูกแยกออกจากอุปกรณ์ เครือข่ายการเข้าถึง เครือข่ายการขนส่ง และเครือข่ายหลักตามตรรกะ เพื่อให้ตรงตามลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันของบริการประเภทต่างๆ
สำหรับ Network Slice แต่ละรายการ มีการรับประกันทรัพยากรเฉพาะ เช่น เซิร์ฟเวอร์เสมือน แบนด์วิดท์เครือข่าย และคุณภาพของการบริการอย่างเต็มที่เนื่องจากสไลซ์ถูกแยกออกจากกัน ข้อผิดพลาดหรือความล้มเหลวในสไลซ์หนึ่งจะไม่ส่งผลกระทบต่อการสื่อสารของสไลซ์อื่นๆ
เหตุใด 5G จึงจำเป็นต้องมี Network Slicing
จากอดีตถึงเครือข่าย 4G ในปัจจุบัน เครือข่ายมือถือให้บริการโทรศัพท์มือถือเป็นหลัก และโดยทั่วไปจะเพิ่มประสิทธิภาพให้กับโทรศัพท์มือถือเพียงบางส่วนเท่านั้นอย่างไรก็ตาม ในยุค 5G เครือข่ายมือถือจำเป็นต้องรองรับอุปกรณ์ประเภทและความต้องการที่หลากหลายสถานการณ์การใช้งานหลายอย่างที่กล่าวถึง ได้แก่ บรอดแบนด์บนมือถือ, IoT ขนาดใหญ่ และ IOT ที่มีความสำคัญต่อภารกิจพวกเขาล้วนต้องการเครือข่ายประเภทต่างๆ และมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันในด้านการเคลื่อนที่ การบัญชี ความปลอดภัย การควบคุมนโยบาย เวลาแฝง ความน่าเชื่อถือ และอื่นๆ
ตัวอย่างเช่น บริการ IoT ขนาดใหญ่จะเชื่อมต่อเซ็นเซอร์แบบคงที่เพื่อวัดอุณหภูมิ ความชื้น ปริมาณน้ำฝน ฯลฯ โดยไม่จำเป็นต้องส่งมอบ อัปเดตตำแหน่ง และคุณสมบัติอื่น ๆ ของโทรศัพท์ที่ให้บริการหลักในเครือข่ายมือถือนอกจากนี้ บริการ IoT ที่สำคัญต่อภารกิจ เช่น การขับขี่อัตโนมัติและการควบคุมหุ่นยนต์จากระยะไกลจำเป็นต้องมีเวลาแฝงจากต้นทางถึงปลายทางหลายมิลลิวินาที ซึ่งแตกต่างจากบริการบรอดแบนด์บนมือถืออย่างมาก
สถานการณ์การใช้งานหลักของ 5G
นี่หมายความว่าเราต้องการเครือข่ายเฉพาะสำหรับแต่ละบริการหรือไม่?ตัวอย่างเช่น เครื่องหนึ่งให้บริการโทรศัพท์มือถือ 5G, เครื่องหนึ่งให้บริการ 5G Mass IoT และอีกเครื่องหนึ่งให้บริการ 5G IoT ที่สำคัญต่อภารกิจเราไม่จำเป็น เพราะเราสามารถใช้ Network slicing เพื่อแยกเครือข่ายลอจิคัลหลายๆ เครือข่ายออกจากเครือข่ายทางกายภาพที่แยกจากกัน ซึ่งเป็นแนวทางที่คุ้มค่ามาก!
ข้อกำหนดของแอปพลิเคชันสำหรับ Network Slicing
ชิ้นส่วนเครือข่าย 5G ที่อธิบายไว้ในเอกสารไวท์เปเปอร์ 5G ที่เผยแพร่โดย NGMN มีดังต่อไปนี้:
เราจะใช้ Network Slicing แบบ end-to-end ได้อย่างไร
(1) เครือข่ายการเข้าถึงไร้สาย 5G และเครือข่ายหลัก: NFV
ในเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ในปัจจุบัน อุปกรณ์หลักคือโทรศัพท์มือถือRAN(DU และ RU) และฟังก์ชันหลักสร้างขึ้นจากอุปกรณ์เครือข่ายเฉพาะที่ผู้จำหน่าย RAN จัดหาให้หากต้องการใช้การแบ่งส่วนเครือข่าย Network Function Virtualization (NFV) ถือเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นโดยพื้นฐานแล้ว แนวคิดหลักของ NFV คือการปรับใช้ซอฟต์แวร์ฟังก์ชันเครือข่าย (เช่น MME, S/P-GW และ PCRF ในแพ็กเก็ตคอร์และ DU ใน RAN) ทั้งหมดในเครื่องเสมือนบนเซิร์ฟเวอร์เชิงพาณิชย์แทนที่จะแยกจากกันในเฉพาะ อุปกรณ์เครือข่ายด้วยวิธีนี้ RAN จะถือเป็น Edge Cloud ในขณะที่ฟังก์ชันหลักจะถือเป็น Core Cloudการเชื่อมต่อระหว่าง VMS ที่อยู่ที่ Edge และในคอร์คลาวด์ได้รับการกำหนดค่าโดยใช้ SDNจากนั้น จะมีการสร้างสไลซ์สำหรับแต่ละบริการ (เช่น สไลซ์โทรศัพท์, สไลซ์ Iot ขนาดใหญ่, สไลซ์ Iot ที่มีความสำคัญต่อภารกิจ ฯลฯ)
จะใช้งาน Network Slicing(I) อย่างใดอย่างหนึ่งได้อย่างไร
รูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่าแต่ละแอปพลิเคชันเฉพาะบริการสามารถจำลองเสมือนและติดตั้งในแต่ละส่วนได้อย่างไรตัวอย่างเช่น การแบ่งส่วนสามารถกำหนดค่าได้ดังนี้:
(1)การแบ่งส่วน UHD: การจำลองเสมือน DU, 5G core (UP) และเซิร์ฟเวอร์แคชใน Edge Cloud และการจำลองเซิร์ฟเวอร์ 5G core (CP) และ MVO ในคลาวด์หลัก
(2) การแบ่งส่วนโทรศัพท์: การจำลองแกน 5G (UP และ CP) และเซิร์ฟเวอร์ IMS ด้วยความสามารถในการเคลื่อนที่เต็มรูปแบบในคอร์คลาวด์
(3) การแบ่งส่วน IOT ขนาดใหญ่ (เช่น เครือข่ายเซ็นเซอร์): การทำเวอร์ช่วลไลซ์คอร์ 5G ที่เรียบง่ายและมีน้ำหนักเบาในคอร์คลาวด์ไม่มีความสามารถในการจัดการความคล่องตัว
(4) การแบ่งส่วน IOT ที่สำคัญต่อภารกิจ: การจำลองแกน 5G (UP) และเซิร์ฟเวอร์ที่เกี่ยวข้อง (เช่นเซิร์ฟเวอร์ V2X) ใน Edge Cloud เพื่อลดเวลาแฝงในการรับส่งข้อมูล
จนถึงตอนนี้ เราจำเป็นต้องสร้างส่วนเฉพาะสำหรับบริการที่มีความต้องการที่แตกต่างกันและฟังก์ชันเครือข่ายเสมือนจะถูกจัดวางในตำแหน่งที่แตกต่างกันในแต่ละส่วน (เช่น Edge Cloud หรือ Core Cloud) ตามลักษณะการบริการที่แตกต่างกันนอกจากนี้ ฟังก์ชั่นเครือข่ายบางอย่าง เช่น การเรียกเก็บเงิน การควบคุมนโยบาย ฯลฯ อาจจำเป็นในบางส่วน แต่ไม่ใช่ในบางส่วนผู้ปฏิบัติงานสามารถปรับแต่งการแบ่งส่วนเครือข่ายได้ตามต้องการ และอาจเป็นวิธีที่คุ้มค่าที่สุด
จะใช้งาน Network Slicing(I) อย่างใดอย่างหนึ่งได้อย่างไร
(2) การแบ่งส่วนเครือข่ายระหว่าง Edge และคอร์คลาวด์: IP/MPLS-SDN
เครือข่ายที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ แม้ว่าจะเป็นแนวคิดที่เรียบง่ายเมื่อเปิดตัวครั้งแรก แต่ก็มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆในรูปแบบ Overlay เป็นตัวอย่าง เทคโนโลยี SDN สามารถให้การเชื่อมต่อเครือข่ายระหว่างเครื่องเสมือนบนโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายที่มีอยู่
การแบ่งส่วนเครือข่ายแบบ end-to-end
ประการแรก เราจะดูวิธีการตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อเครือข่ายระหว่าง Edge Cloud และเครื่องเสมือนระบบคลาวด์หลักมีความปลอดภัยเครือข่ายระหว่างเครื่องเสมือนจำเป็นต้องปรับใช้ตาม IP/MPLS-SDN และ Transport SDNในบทความนี้ เรามุ่งเน้นไปที่ IP/MPLS-SDN ที่ได้รับจากผู้จำหน่ายเราเตอร์Ericsson และ Juniper นำเสนอผลิตภัณฑ์สถาปัตยกรรมเครือข่าย IP/MPLS SDNการดำเนินการจะแตกต่างกันเล็กน้อย แต่การเชื่อมต่อระหว่าง VMS ที่ใช้ SDN นั้นคล้ายกันมาก
ในคลาวด์หลักคือเซิร์ฟเวอร์เสมือนจริงในไฮเปอร์ไวเซอร์ของเซิร์ฟเวอร์ ให้เรียกใช้ vRouter/vSwitch ในตัวตัวควบคุม SDN ให้การกำหนดค่าทันเนลระหว่างเซิร์ฟเวอร์เสมือนและเราเตอร์ DC G/W (เราเตอร์ PE ที่สร้าง MPLS L3 VPN ในศูนย์ข้อมูลระบบคลาวด์)สร้างอุโมงค์ SDN (เช่น MPLS GRE หรือ VXLAN) ระหว่างเครื่องเสมือนแต่ละเครื่อง (เช่น แกน 5G IoT) และเราเตอร์ DC G/W ในคลาวด์หลัก
จากนั้นตัวควบคุม SDN จะจัดการการแมประหว่างทันเนลเหล่านี้กับ MPLS L3 VPN เช่น IoT VPNกระบวนการนี้จะเหมือนกันใน Edge Cloud โดยสร้างชิ้นส่วน IOT ที่เชื่อมต่อจาก Edge Cloud ไปยังแกนหลัก IP/MPLS และไปจนถึง Core Cloudกระบวนการนี้สามารถนำไปใช้ได้โดยอาศัยเทคโนโลยีและมาตรฐานที่พัฒนาแล้วและพร้อมใช้งานจนถึงปัจจุบัน
(3) การแบ่งเครือข่ายระหว่าง Edge และคอร์คลาวด์: IP/MPLS-SDN
สิ่งที่เหลืออยู่ในขณะนี้คือเครือข่ายมือถือ fronthawallเราจะตัดเครือข่ายมือถือส่วนหน้าระหว่าง Edge Cloud และ 5G RU ได้อย่างไรก่อนอื่น จะต้องกำหนดเครือข่าย 5G front-haul ก่อนมีตัวเลือกบางอย่างอยู่ระหว่างการสนทนา (เช่น การแนะนำเครือข่ายส่งต่อแบบแพ็กเก็ตใหม่โดยการกำหนดฟังก์ชันการทำงานของ DU และ RU ใหม่) แต่ยังไม่มีการกำหนดคำจำกัดความมาตรฐานรูปภาพต่อไปนี้เป็นแผนภาพที่นำเสนอในคณะทำงาน ITU IMT 2020 และยกตัวอย่างเครือข่ายส่วนหน้าแบบเสมือน
ตัวอย่างการแบ่งเครือข่าย 5G C-RAN โดยองค์กร ITU
เวลาโพสต์: Feb-02-2024
