لماذا تحتاج شبكة 5G إلى تقطيع الشبكة، وكيفية تنفيذ تقطيع شبكة 5G؟

5G وتقطيع الشبكات
عندما يتم ذكر تقنية 5G على نطاق واسع، فإن تقنية تقطيع الشبكات (Network Slicing) هي التقنية الأكثر مناقشة فيما بينها. يعتقد مشغلو الشبكات مثل KT وSK Telecom وChina Mobile وDT وKDDI وNTT وبائعي المعدات مثل Ericsson وNokia وHuawei أن Network Slicing هي بنية الشبكة المثالية لعصر 5G.
تسمح هذه التقنية الجديدة للمشغلين بتقسيم شبكات افتراضية متعددة من طرف إلى طرف في البنية التحتية للأجهزة، ويتم عزل كل شريحة شبكة بشكل منطقي عن الجهاز وشبكة الوصول وشبكة النقل والشبكة الأساسية لتلبية الخصائص المختلفة لمختلف أنواع الخدمات.
بالنسبة لكل شريحة شبكة، يتم ضمان الموارد المخصصة مثل الخوادم الافتراضية وعرض النطاق الترددي للشبكة وجودة الخدمة بشكل كامل. وبما أن الشرائح معزولة عن بعضها البعض، فإن الأخطاء أو حالات الفشل في إحدى الشرائح لن تؤثر على اتصال الشرائح الأخرى.

لماذا تحتاج تقنية 5G إلى تقطيع الشبكة؟
من الماضي إلى شبكة 4G الحالية، تخدم شبكات الهاتف المحمول بشكل أساسي الهواتف المحمولة، ولا تقوم عمومًا إلا ببعض التحسين للهواتف المحمولة. ومع ذلك، في عصر 5G، تحتاج شبكات الهاتف المحمول إلى خدمة الأجهزة بمختلف أنواعها ومتطلباتها. تتضمن العديد من سيناريوهات التطبيق المذكورة النطاق العريض للأجهزة المحمولة، وإنترنت الأشياء على نطاق واسع، وإنترنت الأشياء ذات المهام الحرجة. تحتاج جميعها إلى أنواع مختلفة من الشبكات ولها متطلبات مختلفة في مجال التنقل والمحاسبة والأمن ومراقبة السياسات وزمن الوصول والموثوقية وما إلى ذلك.
على سبيل المثال، تربط خدمة إنترنت الأشياء واسعة النطاق أجهزة استشعار ثابتة لقياس درجة الحرارة والرطوبة وهطول الأمطار وما إلى ذلك. ليست هناك حاجة لعمليات التسليم وتحديثات الموقع والميزات الأخرى للهواتف التي تخدم الخدمة الرئيسية في شبكة الهاتف المحمول. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب خدمات إنترنت الأشياء ذات المهام الحرجة، مثل القيادة الذاتية والتحكم عن بعد في الروبوتات، زمن وصول شامل يصل إلى عدة ميلي ثانية، وهو ما يختلف تمامًا عن خدمات النطاق العريض المتنقلة.

سيناريوهات التطبيق الرئيسية لـ 5G
هل هذا يعني أننا بحاجة إلى شبكة مخصصة لكل خدمة؟ على سبيل المثال، يخدم أحدهما الهواتف المحمولة 5G، والآخر يخدم إنترنت الأشياء الضخم 5G، والآخر يخدم إنترنت الأشياء الحرجة للمهام 5G. لا نحتاج إلى ذلك، لأنه يمكننا استخدام تقسيم الشبكة لفصل شبكات منطقية متعددة عن شبكة فعلية منفصلة، ​​وهو أسلوب فعال للغاية من حيث التكلفة!

متطلبات التطبيق لتقطيع الشبكة
شريحة شبكة 5G الموضحة في الورقة البيضاء 5G الصادرة عن NGMN موضحة أدناه:

كيف يمكننا تنفيذ تقطيع الشبكة من البداية إلى النهاية؟
(1) شبكة الوصول اللاسلكية 5G والشبكة الأساسية: NFV
في شبكة الهاتف المحمول اليوم، الجهاز الرئيسي هو الهاتف المحمول. يتم إنشاء وظائف RAN (DU وRU) والأساسية من معدات الشبكة المخصصة التي يوفرها بائعو RAN. لتنفيذ تقطيع الشبكة، تعد المحاكاة الافتراضية لوظيفة الشبكة (NFV) شرطًا أساسيًا. في الأساس، الفكرة الرئيسية لـ NFV هي نشر برنامج وظيفة الشبكة (على سبيل المثال MME وS/P-GW وPCRF في الحزمة الأساسية وDU في RAN) جميعها في الأجهزة الافتراضية على الخوادم التجارية بدلاً من وضعها بشكل منفصل في خوادمها المخصصة. أجهزة الشبكة. وبهذه الطريقة، يتم التعامل مع شبكة RAN على أنها سحابة الحافة، بينما يتم التعامل مع الوظيفة الأساسية على أنها السحابة الأساسية. يتم تكوين الاتصال بين VMS الموجود على الحافة وفي السحابة الأساسية باستخدام SDN. بعد ذلك، يتم إنشاء شريحة لكل خدمة (على سبيل المثال، شريحة الهاتف، وشريحة IOT الضخمة، وشريحة IOT للمهام الحرجة، وما إلى ذلك).

 

كيفية تنفيذ أحد تقطيع الشبكة (I)؟
يوضح الشكل أدناه كيف يمكن جعل كل تطبيق خاص بالخدمة افتراضيًا وتثبيته في كل شريحة. على سبيل المثال، يمكن تكوين التقطيع على النحو التالي:
(1) تشريح UHD: المحاكاة الافتراضية لخوادم DU و5G الأساسية (UP) وخوادم التخزين المؤقت في السحابة الطرفية، والمحاكاة الافتراضية لخوادم 5G الأساسية (CP) وMVO في السحابة الأساسية
(2) تقسيم الهاتف: المحاكاة الافتراضية لمراكز 5G (UP وCP) وخوادم IMS مع إمكانات التنقل الكاملة في السحابة الأساسية
(3) تقطيع إنترنت الأشياء على نطاق واسع (على سبيل المثال، شبكات الاستشعار): لا تتمتع المحاكاة الافتراضية لنواة 5G بسيطة وخفيفة الوزن في السحابة الأساسية بقدرات إدارة التنقل
(4) تقطيع إنترنت الأشياء للمهام الحرجة: المحاكاة الافتراضية لمراكز 5G (UP) والخوادم المرتبطة بها (على سبيل المثال، خوادم V2X) في السحابة الطرفية لتقليل زمن انتقال الإرسال
حتى الآن، كنا بحاجة إلى إنشاء شرائح مخصصة للخدمات ذات المتطلبات المختلفة. ويتم وضع وظائف الشبكة الافتراضية في مواقع مختلفة في كل شريحة (أي السحابة الطرفية أو السحابة الأساسية) وفقًا لخصائص الخدمة المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، قد تكون بعض وظائف الشبكة، مثل إعداد الفواتير ومراقبة السياسات وما إلى ذلك، ضرورية في بعض الشرائح، ولكن ليس في شرائح أخرى. يمكن للمشغلين تخصيص تقسيم الشبكة بالطريقة التي يريدونها، وربما الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة.

كيفية تنفيذ أحد تقطيع الشبكة (I)؟
(2) تقطيع الشبكة بين السحابة الطرفية والسحابية الأساسية: IP/MPLS-SDN
على الرغم من أن الشبكات المعرفة بالبرمجيات كانت مفهومًا بسيطًا عندما تم تقديمها لأول مرة، إلا أنها أصبحت معقدة بشكل متزايد. وبأخذ شكل التراكب كمثال، يمكن لتقنية SDN توفير اتصال الشبكة بين الأجهزة الافتراضية على البنية التحتية للشبكة الحالية.

تقطيع الشبكة من النهاية إلى النهاية
أولاً، سننظر في كيفية التأكد من أن اتصال الشبكة بين السحابة الطرفية والأجهزة الافتراضية السحابية الأساسية آمن. يجب تنفيذ الشبكة بين الأجهزة الافتراضية بناءً على IP/MPLS-SDN وTransport SDN. في هذه الورقة، نركز على IP/MPLS-SDN المقدم من قبل بائعي أجهزة التوجيه. تقدم كل من إريكسون وجونيبر منتجات بنية شبكة IP/MPLS SDN. تختلف العمليات قليلاً، لكن الاتصال بين نظام VMS المستند إلى SDN متشابه جدًا.
توجد في السحابة الأساسية خوادم افتراضية. في برنامج Hypervisor الخاص بالخادم، قم بتشغيل vRouter/vSwitch المدمج. توفر وحدة تحكم SDN تكوين النفق بين الخادم الافتراضي وجهاز التوجيه DC G/W (جهاز التوجيه PE الذي يقوم بإنشاء MPLS L3 VPN في مركز البيانات السحابية). قم بإنشاء أنفاق SDN (مثل MPLS GRE أو VXLAN) بين كل جهاز ظاهري (على سبيل المثال 5G IoT core) وأجهزة توجيه DC G/W في السحابة الأساسية.
تقوم وحدة تحكم SDN بعد ذلك بإدارة التعيين بين هذه الأنفاق وشبكة MPLS L3 VPN، مثل IoT VPN. العملية هي نفسها في سحابة الحافة، حيث يتم إنشاء شريحة iot متصلة من سحابة الحافة إلى العمود الفقري IP/MPLS وعلى طول الطريق إلى السحابة الأساسية. يمكن تنفيذ هذه العملية بناءً على التقنيات والمعايير الناضجة والمتاحة حتى الآن.
(3) تقطيع الشبكة بين الحافة والسحابة الأساسية: IP/MPLS-SDN
ما تبقى الآن هو شبكة Fronthawall المتنقلة. كيف يمكننا قطع شبكة الهاتف المحمول الأمامية هذه بين السحابة الطرفية و5G RU؟ بادئ ذي بدء، يجب تعريف شبكة النقل الأمامي 5G أولاً. هناك بعض الخيارات قيد المناقشة (على سبيل المثال، تقديم شبكة أمامية جديدة تعتمد على الحزم من خلال إعادة تعريف وظائف DU وRU)، ولكن لم يتم وضع تعريف قياسي بعد. الشكل التالي هو رسم تخطيطي معروض في فريق عمل الاتحاد الدولي للاتصالات المتنقلة الدولية 2020 ويعطي مثالاً لشبكة fronhaul الافتراضية.

مثال على تقطيع شبكة 5G C-RAN من قبل منظمة الاتحاد الدولي للاتصالات