5G và phân vùng mạng
Khi nhắc đến 5G, Network Slicing là công nghệ được thảo luận nhiều nhất. Các nhà 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 nhỏ nhiều mạng ảo đầu cuối trong một cơ sở hạ tầng phần cứng, và mỗi Network Slice được cách ly về mặt logic 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.
Đối với mỗi phân vùng mạng (Network Slice), các tài nguyên chuyên dụng như máy chủ ảo, băng thông mạng và chất lượng dịch vụ được đảm bảo đầy đủ. Vì các phân vùng được cách ly với nhau, lỗi hoặc sự cố trong một phân vùng sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động giao tiếp của các phân vùng khác.
Tại sao 5G cần phân vùng mạng (Network Slicing)?
Từ trước đến nay, mạng 4G chủ yếu phục vụ điện thoại di động và thường chỉ tối ưu hóa một phần cho điện thoại di động. Tuy nhiên, trong kỷ nguyên 5G, mạng di động cần phục vụ các thiết bị với 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 trọng yếu. Tất cả đều cần các loại mạng khác nhau và có các yêu cầu khác nhau về tính di động, tính 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 đến việc 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 như lái xe tự động và điều khiển robot từ xa yêu cầu độ trễ đầu cuối vài mili giây, điều này 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 lưới riêng biệt cho mỗi dịch vụ? Ví dụ, một mạng phục vụ điện thoại di động 5G, một mạng phục vụ IoT quy mô lớn 5G, và một mạng phục vụ IoT quan trọng 5G. Chúng ta không cần thiết phải làm vậy, vì chúng ta có thể sử dụng phân vùng mạng để tách nhiều mạng logic từ một mạng vật lý riêng biệt, đây là một phương pháp rất tiết kiệm chi phí!
Yêu cầu ứng dụng cho phân vùng mạng
Sơ đồ phân vùng mạng 5G được mô tả trong sách trắng về 5G do NGMN phát hành được hiển thị bên dưới:
Chúng ta triển khai phân vùng mạng đầu cuối như thế nào?
(1) Mạng truy cập không dây 5G và mạng lõi: NFV
Trong mạng di động hiện nay, thiết bị chính là điện thoại di động. Mạng truy cập vô tuyến (RAN) (bao gồm cả thiết bị đầu cuối phân vùng và thiết bị đầu cuối phân vùng) và các chức năng lõi được xây dựng từ thiết bị mạng chuyên dụng do các nhà cung cấp RAN cung cấp. Để triển khai phân vùng 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 (ví dụ: 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. Bằng cách này, RAN được coi là đám mây biên, trong khi chức năng lõi được coi là đám mây lõi. Kết nối giữa các VMS đặt tại biên và trong đám mây lõi được cấu hình bằng SDN. Sau đó, một phân vùng được tạo cho mỗi dịch vụ (ví dụ: phân vùng điện thoại, phân vùng IoT quy mô lớn, phân vùng IoT quan trọng, v.v.).
Làm thế nào để triển khai một trong các phương pháp Phân vùng mạng (I)?
Hình dưới đây minh họa cách mỗi ứng dụng dành riêng cho từng dịch vụ có thể được ảo hóa và cài đặt trong mỗi phân vùng. Ví dụ, việc cấu hình phân vùng có thể được thực hiện như sau:
(1)Phân vùng UHD: ảo hóa DU, lõi 5G (UP) và máy chủ bộ nhớ đệm trong đám mây biên, và ảo hóa lõi 5G (CP) và máy chủ MVO trong đám mây lõi
(2) Phân chia điện thoại: ảo hóa các lõi 5G (UP và CP) và máy chủ IMS với đầy đủ khả năng di động trong đám mây lõi
(3) Phân vùng IoT quy mô lớn (ví dụ: mạng cảm biến): Ảo hóa lõi 5G đơn giản và nhẹ trong đám mây lõi không có khả năng quản lý di động
(4) Phân vùng IoT quan trọng: Ảo hóa các lõi 5G (UP) và các máy chủ liên quan (ví dụ: máy chủ V2X) trong đám mây biên để giảm thiểu độ trễ truyền tải
Cho đến nay, chúng ta cần tạo ra các phân vùng mạng riêng biệt cho các dịch vụ có yêu cầu khác nhau. Và các chức năng mạng ảo được đặt ở các vị trí khác nhau trong mỗi phân vùng (ví dụ: đám mây biên hoặc đám mây lõi) tùy thuộc vào đặc điểm của từng dịch vụ. Ngoài ra, một số chức năng mạng, chẳng hạn như lập hóa đơn, kiểm soát chính sách, v.v., có thể cần thiết trong một số phân vùng, nhưng không cần thiết trong các phân vùng khác. Các nhà khai thác có thể tùy chỉnh việc phân vùng mạng theo cách họ muốn, và có lẽ là cách tiết kiệm chi phí nhất.
Làm thế nào để triển khai một trong các phương pháp Phân vùng mạng (I)?
(2) Phân chia mạng giữa đám mây biên và đám mây lõi: IP/MPLS-SDN
Mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN), mặc dù là một khái niệm đơn giản khi mới được giới thiệu, đang ngày càng trở nên phức tạp. Lấy ví dụ về Overlay, công nghệ SDN có thể cung cấp kết nối mạng giữa các máy ảo trên cơ sở hạ tầng mạng hiện có.
Phân vùng mạng đầu cuối
Trước tiên, chúng ta xem xét cách đảm bảo kết nối mạng giữa các máy ảo ở đám mây biên và đám mây lõi được an toàn. Mạng giữa các máy ảo cần được triển khai dựa trên IP/MPLS-SDN và Transport SDN. Trong bài viết này, chúng ta 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. Hoạt động có đôi chút khác biệt, nhưng khả năng kết nối giữa các máy ảo dựa trên SDN thì rất tương đồng.
Trong lõi đám mây là các máy chủ ảo hóa. Trong hypervisor của máy chủ, chạy vRouter/vSwitch tích hợp sẵn. 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 ra VPN MPLS L3 trong trung tâm dữ liệu đám mây). Tạo các đường hầm SDN (ví dụ: MPLS GRE hoặc VXLAN) giữa mỗi máy ảo (ví dụ: lõi IoT 5G) và các bộ định tuyến DC G/W trong lõi đám mây.
Bộ điều khiển SDN sau đó quản lý việc ánh xạ giữa các đường hầm này và VPN MPLS L3, chẳng hạn như VPN IoT. Quá trình này cũng tương tự ở đám mây biên, tạo ra một phân vùng IoT được kết nối từ đám mây biên đến xương sống IP/MPLS và 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 có sẵn cho đến nay.
(3) Phân chia mạng giữa đám mây biên và đám mây lõi: IP/MPLS-SDN
Giờ đây, điều còn lại là mạng fronthaul di động. Làm thế nào để chúng ta kết nối mạng fronthaul di động này giữa đám mây biên và RU 5G? Trước hết, mạng fronthaul 5G cần được định nghĩa trước. Có một số phương án đang được thảo luận (ví dụ: giới thiệu một mạng chuyển tiếp dựa trên gói dữ liệu mới bằng cách định nghĩa lại chức năng của DU và RU), nhưng vẫn chưa có định nghĩa tiêu chuẩn nào được đưa ra. Hình sau là sơ đồ được trình bày trong nhóm làm việc ITU IMT 2020 và đưa ra một ví dụ về mạng fronthaul ảo hóa.
Ví dụ về phân vùng mạng C-RAN 5G do Tổ chức ITU cung cấp
Thời gian đăng bài: 02/02/2024
