5G và Phân chia mạng
Khi nhắc đến 5G rộng rãi, Network Slicing (Phân chia Mạng) 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 điều hành 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 đều được đảm bảo hoàn toàn. Vì các slice được tách biệt với nhau, 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 4G chủ yếu phục vụ điện thoại di động và thường chỉ tối ưu hóa cho điện thoại. Tuy nhiên, trong kỷ nguyên 5G, mạng di động cần phục vụ nhiều loại thiết bị và yêu cầu khác nhau. Nhiều 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, 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 như lái xe tự động và điều khiển robot từ xa yêu cầu độ trễ đầu cuối chỉ 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 riêng cho mỗi dịch vụ không? 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 trọng yếu 5G. Chúng ta không cần phải làm vậy, vì chúng ta có thể sử dụng kỹ thuật phân chia mạng để tách nhiều mạng logic khỏi một mạng vật lý riêng biệt, một giải pháp rất tiết kiệm chi phí!
Yêu cầu ứng dụng cho Network Slicing
Phân khúc 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 lõi. Kết nối giữa VMS nằm ở biên và trong đám mây lõi được cấu hình bằng SDN. Sau đó, một lát cắt được tạo cho mỗi dịch vụ (tức là lát cắt điện thoại, lát cắt IoT lớn, lát cắt IoT quan trọng, v.v.).
Làm thế nào để triển khai một trong những Network Slicing(I)?
Hình bên dưới minh họa cách mỗi ứng dụng dịch vụ cụ thể có thể được ảo hóa và cài đặt trong từng 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): 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 yêu cầu khác nhau. Các chức năng mạng ảo được đặt ở các vị trí khác nhau trong mỗi lát cắt (ví dụ: đám mây biên hoặc đám mây lõi) tùy theo các đặc điểm dịch vụ khác nhau. Ngoài ra, một số chức năng mạng, chẳng hạn như tính phí, kiểm soát chính sách, v.v., có thể cần thiết trong một số lát cắt, nhưng không cần thiết trong những lát cắt khác. Các nhà điều hành có thể tùy chỉnh lát cắt 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 đám mây lõi: IP/MPLS-SDN
Mạng được định nghĩa bằng phần mềm (SDN), mặc dù là một khái niệm đơn giản khi mới ra đời, nhưng 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 chia mạng đầu cuối
Trước tiên, chúng ta sẽ xem xét cách đảm bảo kết nối mạng giữa đám mây biên và máy ảo đám mây lõi được bảo mật. Mạng giữa các máy ảo cần được triển khai dựa trên IP/MPLS-SDN và Transport SDN. Trong bài viết 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 thao tác vận hành hơi khác nhau, nhưng kết nối giữa các VMS dựa trên SDN lại rất giống nhau.
Trong đám mây lõi, có các máy chủ ảo hóa. Trong trình quản lý ảo hóa 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. Quy trình này cũng tương tự trên đám mây biên, tạo ra một lát cắt IoT được kết nối từ đám mây biên đến mạng xương sống IP/MPLS và đến tận đám mây lõi. Quy 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 đám mây lõi: IP/MPLS-SDN
Phần còn lại hiện nay là mạng fronthaul di động. Làm thế nào để chúng ta phân chia mạng fronthaul di động này giữa đám mây biên và RU 5G? Trước hết, cần phải định nghĩa mạng fronthaul 5G. Có một số phương án đang được thảo luận (ví dụ: giới thiệu một mạng chuyển tiếp dựa trên gói tin 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 một ví dụ về mạng fronthaul ảo hóa.
Ví dụ về phân chia mạng C-RAN 5G của Tổ chức ITU
Thời gian đăng: 02-02-2024
