چرا 5G به Network Slicing نیاز دارد، چگونه می توان برش شبکه 5G را پیاده سازی کرد؟

5G و برش شبکه
وقتی به طور گسترده از 5G نام برده می شود، برش شبکه (Network Slicing) بیشترین بحث را در بین آنها دارد. اپراتورهای شبکه مانند KT، SK Telecom، China Mobile، DT، KDDI، NTT و فروشندگان تجهیزات مانند اریکسون، نوکیا و هواوی همگی معتقدند که Network Slicing معماری شبکه ایده آل برای عصر 5G است.
این فناوری جدید به اپراتورها اجازه می‌دهد تا چندین شبکه مجازی پایان به انتها را در یک زیرساخت سخت‌افزاری تقسیم کنند و هر شبکه Slice به طور منطقی از دستگاه، شبکه دسترسی، شبکه حمل‌ونقل و شبکه اصلی جدا می‌شود تا ویژگی‌های مختلف انواع مختلف خدمات را برآورده کند.
برای هر Network Slice، منابع اختصاصی مانند سرورهای مجازی، پهنای باند شبکه و کیفیت خدمات به طور کامل تضمین شده است. از آنجایی که برش ها از یکدیگر جدا هستند، خطاها یا خرابی ها در یک برش تأثیری بر ارتباط سایر برش ها نخواهد داشت.

چرا 5G به برش شبکه نیاز دارد؟
از گذشته تا شبکه 4G کنونی، شبکه‌های تلفن همراه عمدتاً به تلفن‌های همراه سرویس می‌دهند و عموماً فقط برخی بهینه‌سازی‌ها را برای تلفن‌های همراه انجام می‌دهند. با این حال، در عصر 5G، شبکه‌های تلفن همراه باید به دستگاه‌هایی با انواع و الزامات مختلف سرویس دهند. بسیاری از سناریوهای کاربردی ذکر شده شامل پهنای باند تلفن همراه، iot در مقیاس بزرگ و iot حیاتی است. همه آنها به انواع مختلفی از شبکه ها نیاز دارند و الزامات مختلفی در تحرک، حسابداری، امنیت، کنترل خط مشی، تأخیر، قابلیت اطمینان و غیره دارند.
به عنوان مثال، یک سرویس iot در مقیاس بزرگ، سنسورهای ثابت را برای اندازه گیری دما، رطوبت، بارندگی و غیره به هم متصل می کند. نیازی به تحویل، به روز رسانی مکان و سایر ویژگی های تلفن های سرویس دهنده اصلی در شبکه تلفن همراه نیست. علاوه بر این، سرویس‌های iot حیاتی مانند رانندگی مستقل و کنترل از راه دور ربات‌ها به تأخیر سرتاسر چندین میلی‌ثانیه نیاز دارند که بسیار متفاوت از خدمات پهن‌باند تلفن همراه است.

سناریوهای کاربردی اصلی 5G
آیا این بدان معناست که برای هر سرویس به یک شبکه اختصاصی نیاز داریم؟ به عنوان مثال، یکی به تلفن‌های همراه 5G سرویس می‌دهد، یکی به iot عظیم 5G و دیگری به iot حیاتی ماموریت 5G خدمات می‌دهد. ما نیازی به این کار نداریم، زیرا می توانیم از برش شبکه برای جدا کردن چندین شبکه منطقی از یک شبکه فیزیکی جداگانه استفاده کنیم که یک رویکرد بسیار مقرون به صرفه است!

الزامات برنامه برای برش شبکه
بخش شبکه 5G که در کاغذ سفید 5G منتشر شده توسط NGMN شرح داده شده است در زیر نشان داده شده است:

چگونه برش شبکه پایان به انتها را پیاده سازی کنیم؟
(1) شبکه دسترسی بی سیم 5G و شبکه اصلی: NFV
در شبکه تلفن همراه امروزی، دستگاه اصلی تلفن همراه است. RAN (DU و RU) و توابع اصلی از تجهیزات شبکه اختصاصی ارائه شده توسط فروشندگان RAN ساخته شده اند. برای پیاده سازی برش شبکه، مجازی سازی عملکرد شبکه (NFV) یک پیش نیاز است. اساساً، ایده اصلی NFV این است که نرم افزار عملکرد شبکه (مانند MME، S/P-GW و PCRF در هسته بسته و DU در RAN) همه در ماشین های مجازی روی سرورهای تجاری به جای جداگانه در سرورهای اختصاصی آنها استقرار یابد. دستگاه های شبکه به این ترتیب، RAN به عنوان ابر لبه در نظر گرفته می شود، در حالی که تابع هسته به عنوان ابر هسته در نظر گرفته می شود. اتصال بین VMS واقع در لبه و در هسته ابر با استفاده از SDN پیکربندی شده است. سپس، یک برش برای هر سرویس ایجاد می شود (یعنی برش تلفن، قطعه عظیم iot، برش iot حیاتی و غیره).

 

چگونه یکی از Network Slicing(I) را پیاده سازی کنیم؟
شکل زیر نشان می دهد که چگونه هر اپلیکیشن مخصوص سرویس را می توان مجازی سازی و در هر برش نصب کرد. به عنوان مثال، برش را می توان به صورت زیر پیکربندی کرد:
(1) برش UHD: مجازی سازی DU، هسته 5G (UP) و سرورهای کش در ابر لبه، و مجازی سازی هسته 5G (CP) و سرورهای MVO در ابر اصلی
(2) برش تلفن: مجازی سازی هسته های 5G (UP و CP) و سرورهای IMS با قابلیت جابجایی کامل در ابر اصلی
(3) برش iot در مقیاس بزرگ (به عنوان مثال، شبکه های حسگر): مجازی سازی یک هسته ساده و سبک 5G در هسته ابری هیچ قابلیت مدیریت تحرک ندارد.
(4) برش iot حیاتی: مجازی سازی هسته های 5G (UP) و سرورهای مرتبط (به عنوان مثال، سرورهای V2X) در ابر لبه برای به حداقل رساندن تأخیر انتقال
تاکنون نیاز به ایجاد برش های اختصاصی برای خدمات با نیازهای مختلف داشته ایم. و توابع شبکه مجازی در مکان های مختلف در هر بخش (یعنی ابر لبه یا ابر هسته) با توجه به ویژگی های خدمات مختلف قرار می گیرند. علاوه بر این، برخی از عملکردهای شبکه، مانند صورتحساب، کنترل خط مشی و غیره، ممکن است در برخی از بخش ها ضروری باشند، اما در برخی دیگر نه. اپراتورها می توانند برش شبکه را به روشی که می خواهند، و احتمالاً مقرون به صرفه ترین راه، سفارشی کنند.

چگونه یکی از Network Slicing(I) را پیاده سازی کنیم؟
(2) برش شبکه بین ابر لبه و هسته: IP/MPLS-SDN
شبکه تعریف شده توسط نرم افزار، اگرچه زمانی که برای اولین بار معرفی شد مفهومی ساده بود، اما به طور فزاینده ای پیچیده می شود. با در نظر گرفتن شکل Overlay به عنوان مثال، فناوری SDN می تواند اتصال شبکه ای را بین ماشین های مجازی در زیرساخت شبکه موجود فراهم کند.

برش شبکه انتها به انتها
در ابتدا، ما به نحوه اطمینان از ایمن بودن اتصال شبکه بین ابر لبه و ماشین‌های مجازی ابری هسته نگاه می‌کنیم. شبکه بین ماشین های مجازی باید بر اساس IP/MPLS-SDN و Transport SDN پیاده سازی شود. در این مقاله، ما بر IP/MPLS-SDN ارائه شده توسط فروشندگان روتر تمرکز می کنیم. اریکسون و جونیپر هر دو محصولات معماری شبکه IP/MPLS SDN را ارائه می دهند. عملیات کمی متفاوت است، اما اتصال بین VMS مبتنی بر SDN بسیار مشابه است.
در هسته ابری سرورهای مجازی سازی شده هستند. در هایپروایزر سرور، vRouter/vSwitch داخلی را اجرا کنید. کنترل‌کننده SDN پیکربندی تونل را بین سرور مجازی و روتر DC G/W (روتر PE که MPLS L3 VPN را در مرکز داده ابری ایجاد می‌کند) فراهم می‌کند. تونل های SDN (به عنوان مثال MPLS GRE یا VXLAN) بین هر ماشین مجازی (به عنوان مثال هسته اینترنت اشیاء 5G) و روترهای DC G/W در ابر اصلی ایجاد کنید.
سپس کنترل‌کننده SDN نقشه‌برداری بین این تونل‌ها و MPLS L3 VPN مانند IoT VPN را مدیریت می‌کند. این فرآیند در ابر لبه یکسان است و یک برش iot ایجاد می‌کند که از ابر لبه به ستون فقرات IP/MPLS و تا آخر به ابر اصلی متصل می‌شود. این فرآیند را می توان بر اساس فناوری ها و استانداردهایی که تا کنون بالغ و در دسترس هستند پیاده سازی کرد.
(3) برش شبکه بین ابر لبه و هسته: IP/MPLS-SDN
آنچه در حال حاضر باقی مانده است شبکه تلفن همراه fronthaall است. چگونه این شبکه پیشانی تلفن همراه را بین ابر لبه و RU 5G قطع کنیم؟ اول از همه، ابتدا باید شبکه 5G جلویی تعریف شود. برخی گزینه‌ها در حال بحث هستند (مثلاً، معرفی یک شبکه پیشرو مبتنی بر بسته جدید با تعریف مجدد عملکرد DU و RU)، اما هنوز تعریف استانداردی ارائه نشده است. شکل زیر نموداری است که در کارگروه ITU IMT 2020 ارائه شده است و نمونه‌ای از شبکه مجازی‌سازی‌شده fronhaul را نشان می‌دهد.

نمونه ای از برش شبکه 5G C-RAN توسط سازمان ITU