5G và Phân chia mạng
Khi 5G được nhắc đến rộng rãi, Network Slicing là công nghệ được thảo luận nhiều nhất trong số đó. Các nhà khai thác mạng như KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT và các nhà cung cấp thiết bị như Ericsson, Nokia và Huawei đều tin rằng Network Slicing là kiến trúc mạng lý tưởng cho kỷ nguyên 5G.
Công nghệ mới này cho phép các nhà khai thác chia nhiều mạng ảo đầu cuối trong một cơ sở hạ tầng phần cứng và mỗi Network Slice được phân tách hợp lý khỏi thiết bị, mạng truy cập, mạng truyền tải và mạng lõi để đáp ứng các đặc điểm khác nhau của nhiều loại dịch vụ khác nhau.
Đối với mỗi Network Slice, các tài nguyên chuyên dụng như máy chủ ảo, băng thông mạng và chất lượng dịch vụ được đảm bảo hoàn toàn. Vì các slice được tách biệt với nhau nên lỗi hoặc sự cố trong một slice sẽ không ảnh hưởng đến việc truyền thông của các slice khác.
Tại sao 5G cần Network Slicing?
Từ trước đến nay, mạng di động chủ yếu phục vụ điện thoại di động và thường chỉ thực hiện một số tối ưu hóa cho điện thoại di động. Tuy nhiên, trong kỷ nguyên 5G, mạng di động cần phục vụ các thiết bị có nhiều loại và yêu cầu khác nhau. Nhiều kịch bản ứng dụng được đề cập bao gồm băng thông rộng di động, IoT quy mô lớn và IoT quan trọng đối với nhiệm vụ. Tất cả đều cần các loại mạng khác nhau và có các yêu cầu khác nhau về tính di động, kế toán, bảo mật, kiểm soát chính sách, độ trễ, độ tin cậy, v.v.
Ví dụ, một dịch vụ IoT quy mô lớn kết nối các cảm biến cố định để đo nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, v.v. Không cần phải chuyển giao, cập nhật vị trí và các tính năng khác của điện thoại phục vụ chính trong mạng di động. Ngoài ra, các dịch vụ IoT quan trọng đối với sứ mệnh như lái xe tự động và điều khiển từ xa robot yêu cầu độ trễ đầu cuối là vài mili giây, rất khác so với các dịch vụ băng thông rộng di động.
Các kịch bản ứng dụng chính của 5G
Điều này có nghĩa là chúng ta cần một mạng chuyên dụng cho từng dịch vụ không? Ví dụ, một mạng phục vụ điện thoại di động 5G, một mạng phục vụ IoT lớn 5G và một mạng phục vụ IoT quan trọng cho nhiệm vụ 5G. Chúng ta không cần phải làm như vậy, vì chúng ta có thể sử dụng network slicing để tách nhiều mạng logic khỏi một mạng vật lý riêng biệt, đây là một cách tiếp cận rất hiệu quả về mặt chi phí!
Yêu cầu ứng dụng cho Network Slicing
Phân đoạn mạng 5G được mô tả trong sách trắng 5G do NGMN phát hành được hiển thị bên dưới:
Chúng ta triển khai Network Slicing đầu cuối như thế nào?
(1)Mạng truy cập không dây 5G và mạng lõi: NFV
Trong mạng di động ngày nay, thiết bị chính là điện thoại di động. RAN (DU và RU) và các chức năng cốt lõi được xây dựng từ thiết bị mạng chuyên dụng do các nhà cung cấp RAN cung cấp. Để triển khai phân chia mạng, Ảo hóa chức năng mạng (NFV) là điều kiện tiên quyết. Về cơ bản, ý tưởng chính của NFV là triển khai phần mềm chức năng mạng (tức là MME, S/P-GW và PCRF trong lõi gói và DU trong RAN) tất cả trong các máy ảo trên các máy chủ thương mại thay vì riêng biệt trong các thiết bị mạng chuyên dụng của chúng. Theo cách này, RAN được coi là đám mây biên, trong khi chức năng cốt lõi được coi là đám mây cốt lõi. Kết nối giữa VMS nằm ở biên và trong đám mây cốt lõi được định cấu hình bằng SDN. Sau đó, một phân đoạn được tạo cho mỗi dịch vụ (tức là phân đoạn điện thoại, phân đoạn iot lớn, phân đoạn iot quan trọng đối với nhiệm vụ, v.v.).
Làm thế nào để triển khai một trong những Network Slicing(I)?
Hình bên dưới cho thấy cách mỗi ứng dụng dịch vụ cụ thể có thể được ảo hóa và cài đặt trong mỗi lát cắt. Ví dụ, việc cắt lát có thể được cấu hình như sau:
(1)Phân chia UHD: ảo hóa DU, lõi 5G (UP) và máy chủ bộ nhớ đệm trong đám mây biên và ảo hóa máy chủ lõi 5G (CP) và MVO trong đám mây lõi
(2) Phân chia điện thoại: ảo hóa lõi 5G (UP và CP) và máy chủ IMS với khả năng di động đầy đủ trong đám mây lõi
(3) Phân chia IoT quy mô lớn (ví dụ: mạng cảm biến): Việc ảo hóa lõi 5G đơn giản và nhẹ trong đám mây lõi không có khả năng quản lý tính di động
(4) Phân chia IoT quan trọng: Ảo hóa lõi 5G (UP) và các máy chủ liên quan (ví dụ: máy chủ V2X) trong đám mây biên để giảm thiểu độ trễ truyền
Cho đến nay, chúng tôi cần tạo các lát cắt chuyên dụng cho các dịch vụ có các yêu cầu khác nhau. Và các chức năng mạng ảo được đặt ở các vị trí khác nhau trong mỗi lát cắt (tức là đám mây biên hoặc đám mây lõi) theo các đặc điểm dịch vụ khác nhau. Ngoài ra, một số chức năng mạng, chẳng hạn như thanh toán, kiểm soát chính sách, v.v., có thể cần thiết trong một số lát cắt, nhưng không cần thiết trong các lát cắt khác. Các nhà điều hành có thể tùy chỉnh việc cắt lát mạng theo cách họ muốn và có lẽ là cách tiết kiệm chi phí nhất.
Làm thế nào để triển khai một trong những Network Slicing(I)?
(2) Phân chia mạng giữa đám mây biên và lõi: IP/MPLS-SDN
Mạng được định nghĩa bằng phần mềm, mặc dù là một khái niệm đơn giản khi mới được giới thiệu, nhưng đang ngày càng trở nên phức tạp hơn. Lấy hình thức Overlay làm ví dụ, công nghệ SDN có thể cung cấp kết nối mạng giữa các máy ảo trên cơ sở hạ tầng mạng hiện có.
Phân chia mạng đầu cuối
Trước tiên, chúng ta xem xét cách đảm bảo kết nối mạng giữa đám mây biên và máy ảo đám mây lõi là an toàn. Mạng giữa các máy ảo cần được triển khai dựa trên IP/MPLS-SDN và Transport SDN. Trong bài báo này, chúng tôi tập trung vào IP/MPLS-SDN do các nhà cung cấp bộ định tuyến cung cấp. Ericsson và Juniper đều cung cấp các sản phẩm kiến trúc mạng IP/MPLS SDN. Các hoạt động hơi khác nhau, nhưng kết nối giữa VMS dựa trên SDN rất giống nhau.
Trong đám mây lõi là các máy chủ ảo hóa. Trong trình quản lý ảo của máy chủ, hãy chạy vRouter/vSwitch tích hợp. Bộ điều khiển SDN cung cấp cấu hình đường hầm giữa máy chủ ảo hóa và bộ định tuyến DC G/W (bộ định tuyến PE tạo VPN MPLS L3 trong trung tâm dữ liệu đám mây). Tạo đường hầm SDN (tức là MPLS GRE hoặc VXLAN) giữa mỗi máy ảo (ví dụ: lõi IoT 5G) và bộ định tuyến DC G/W trong đám mây lõi.
Bộ điều khiển SDN sau đó quản lý việc ánh xạ giữa các đường hầm này và MPLS L3 VPN, chẳng hạn như IoT VPN. Quá trình này giống nhau trong đám mây biên, tạo ra một lát cắt iot được kết nối từ đám mây biên đến xương sống IP/MPLS và cho đến tận đám mây lõi. Quá trình này có thể được triển khai dựa trên các công nghệ và tiêu chuẩn đã hoàn thiện và khả dụng cho đến nay.
(3) Phân chia mạng giữa đám mây biên và lõi: IP/MPLS-SDN
Những gì còn lại bây giờ là mạng fronthawall di động. Làm thế nào để chúng ta cắt mạng fronthold di động này giữa đám mây biên và RU 5G? Trước hết, mạng front-haul 5G phải được định nghĩa trước. Có một số tùy chọn đang được thảo luận (ví dụ, giới thiệu mạng chuyển tiếp dựa trên gói mới bằng cách định nghĩa lại chức năng của DU và RU), nhưng vẫn chưa có định nghĩa chuẩn nào được đưa ra. Hình sau là sơ đồ được trình bày trong nhóm làm việc ITU IMT 2020 và đưa ra ví dụ về mạng fronthaul ảo hóa.
Ví dụ về Phân chia mạng 5G C-RAN của Tổ chức ITU
Thời gian đăng: 02-02-2024
