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

5G وتقطيع الشبكة
عندما يتم ذكر 5G على نطاق واسع ، فإن تقطيع الشبكة هي التكنولوجيا الأكثر مناقشًا بينها. يعتقد مشغلو الشبكات مثل KT و SK Telecom و China Mobile و DT و KDDI و NTT والمعدات مثل Ericsson و Nokia و Huawei أن تقطيع الشبكة هي بنية الشبكة المثالية لعصر 5G.
تتيح هذه التكنولوجيا الجديدة للمشغلين تقسيم شبكات متعددة من الطرف الافتراضي في البنية التحتية للأجهزة ، وكل شريحة شبكة معزولة منطقياً عن الجهاز وشبكة الوصول وشبكة النقل والشبكة الأساسية لتلبية الخصائص المختلفة لأنواع مختلفة من الخدمات.
لكل شريحة شبكة ، يتم ضمان موارد مخصصة مثل الخوادم الافتراضية وعرض النطاق الترددي للشبكة وجودة الخدمة بالكامل. نظرًا لأن الشرائح معزولة عن بعضها البعض ، فإن الأخطاء أو الإخفاقات في شريحة واحدة لن تؤثر على اتصال شرائح أخرى.

لماذا تحتاج 5G إلى تقطيع الشبكة؟
من الماضي إلى شبكة 4G الحالية ، تخدم شبكات المحمول بشكل أساسي الهواتف المحمولة ، وبشكل عام فقط تقوم ببعض التحسين للهواتف المحمولة. ومع ذلك ، في عصر 5G ، تحتاج شبكات الهاتف المحمول إلى خدمة الأجهزة من مختلف الأنواع والمتطلبات. تشمل العديد من سيناريوهات التطبيق المذكورة النطاق العريض للهاتف المحمول ، وإنترنت الأشياء على نطاق واسع ، وإنترنت الأشياء الناقد. إنهم جميعًا بحاجة إلى أنواع مختلفة من الشبكات ولديهم متطلبات مختلفة في التنقل ، والمحاسبة ، والأمان ، والسيطرة على السياسة ، والكمون ، والموثوقية ، وما إلى ذلك.
على سبيل المثال ، تربط خدمة إنترنت الأشياء على نطاق واسع أجهزة استشعار ثابتة لقياس درجة الحرارة والرطوبة وهطول الأمطار ، وما إلى ذلك بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب خدمات إنترنت الأشياء المهمة مثل القيادة المستقلة والتحكم عن بُعد للروبوتات الكمون الشامل لعدة ميلي ثانية ، وهو ما يختلف تمامًا عن خدمات النطاق العريض المتنقلة.

سيناريوهات التطبيق الرئيسية 5G
هل هذا يعني أننا بحاجة إلى شبكة مخصصة لكل خدمة؟ على سبيل المثال ، يخدم أحد الهواتف المحمولة 5G ، ويقدم أحدهما 5G IoT الضخمة ، ويقدم One Mission 5G مهمة إنترنت الأشياء الحرجة. لا نحتاج إلى ذلك ، لأنه يمكننا استخدام تقطيع الشبكة لتقسيم شبكات منطقية متعددة من شبكة فعلية منفصلة ، وهو نهج فعال من حيث التكلفة!

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

كيف ننفذ تقطيع الشبكة من طرف إلى طرف؟
(1) شبكة الوصول اللاسلكية 5G والشبكة الأساسية: NFV
في شبكة الجوال اليوم ، يكون الجهاز الرئيسي هو الهاتف المحمول. RAN (DU و RU) والوظائف الأساسية مبنية من معدات الشبكة المخصصة المقدمة من بائعي RAN. لتنفيذ تقطيع الشبكة ، يعد المحاكاة الافتراضية لوظيفة الشبكة (NFV) شرطًا مسبقًا. في الأساس ، تتمثل الفكرة الرئيسية لـ NFV في نشر برنامج وظيفة الشبكة (أي MME و S/P-GW و PCRF في COMET CORE و DU في RAN) في الأجهزة الافتراضية على الخوادم التجارية بدلاً من بشكل منفصل في أجهزة الشبكة المخصصة. وبهذه الطريقة ، يتم التعامل مع RAN على أنها سحابة الحافة ، في حين 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 (أي شريحة الهاتف ، شريحة إنترنت الأشياء الضخمة ، شريحة إنترنت الأشياء المهمة ، إلخ).

 

كيفية تنفيذ واحدة من تقطيع الشبكة (i)؟
يوضح الشكل أدناه كيف يمكن افتراض وتثبيت كل تطبيق خاص بالخدمة في كل شريحة. على سبيل المثال ، يمكن تكوين التقطيع على النحو التالي:
(1) تقطيع UHD: الخوادم الافتراضية DU ، 5G Core (UP) وخوادم ذاكرة التخزين المؤقت في سحابة Edge ، و Virtualizing 5G Core (CP) و MVO في السحابة الأساسية
(2) تقطيع الهاتف: النوى الافتراضية 5G (UP و CP) وخوادم IMS مع إمكانيات التنقل الكاملة في السحابة الأساسية
(3) تقطيع إنترنت الأشياء على نطاق واسع (على سبيل المثال ، شبكات المستشعرات): إنجينة 5G بسيطة وخفيفة الوزن في السحابة الأساسية ليس لها قدرات إدارة التنقل
(4) تقطيع IoT الناقد المهمة: النوى الافتراضية 5G (UP) والخوادم المرتبطة (EG ، خوادم V2X) في سحابة الحافة لتقليل زمن انتقال الإرسال إلى أدنى حد
حتى الآن ، كنا بحاجة إلى إنشاء شرائح مخصصة للخدمات ذات المتطلبات المختلفة. يتم وضع وظائف الشبكة الافتراضية في مواقع مختلفة في كل شريحة (أي سحابة الحافة أو السحابة الأساسية) وفقًا لخصائص الخدمة المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، قد تكون بعض وظائف الشبكة ، مثل الفواتير ، والتحكم في السياسة ، وما إلى ذلك ، ضرورية في بعض الشرائح ، ولكن ليس في حالات أخرى. يمكن للمشغلين تخصيص تقطيع الشبكة بالطريقة التي يريدونها ، وربما الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة.

كيفية تنفيذ واحدة من تقطيع الشبكة (i)؟
(2) تقطيع الشبكة بين الحافة والسحابة الأساسية: IP/MPLS-SDN
الشبكات المحددة للبرامج ، على الرغم من أنها مفهوم بسيط عند تقديمه لأول مرة ، أصبح معقدًا بشكل متزايد. مع أخذ شكل تراكب كمثال ، يمكن أن توفر تقنية SDN اتصالًا بالشبكة بين الأجهزة الافتراضية على البنية التحتية للشبكة الحالية.

تقطيع الشبكة من طرف إلى طرف
أولاً ، ننظر إلى كيفية التأكد من أن اتصال الشبكة بين سحابة Edge و Core Cloud Virtual Machines آمنة. يجب تنفيذ الشبكة بين الأجهزة الافتراضية بناءً على IP/MPLS-SDN و Transfer SDN. في هذه الورقة ، نركز على IP/MPLS-SDN المقدمة من قبل بائعي الموجهين. يقدم كل من Ericsson و Juniper منتجات هندسة شبكة IP/MPLS SDN. العمليات مختلفة بعض الشيء ، ولكن الاتصال بين VMs المستندة إلى SDN متشابه للغاية.
في السحابة الأساسية توجد خوادم افتراضية. في Hypervisor من الخادم ، قم بتشغيل Vrouter/Vswitch المدمج. توفر وحدة التحكم SDN تكوين النفق بين الخادم الظاهري وموجه DC G/W (جهاز توجيه PE الذي ينشئ MPLS L3 VPN في مركز البيانات السحابية). قم بإنشاء أنفاق SDN (أي MPLS GRE أو VXLAN) بين كل جهاز افتراضي (مثل 5G IOT CORE) و DC G/W في السحابة الأساسية.
ثم تدير وحدة التحكم SDN التعيين بين هذه الأنفاق و MPLS L3 VPN ، مثل IoT VPN. هذه العملية هي نفسها في سحابة الحافة ، مما يؤدي إلى إنشاء شريحة إنترنت الأشياء متصلة من سحابة الحافة إلى العمود الفقري IP/MPLS وبوصول 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 نقوم بقطع شبكة Fronthold هذه بين The Edge Cloud و 5G RU؟ بادئ ذي بدء ، يجب تحديد شبكة الوسط الأمامي 5G أولاً. هناك بعض الخيارات قيد المناقشة (على سبيل المثال ، تقديم شبكة أمامية جديدة تستند إلى الحزمة عن طريق إعادة تعريف وظائف DU و RU) ، ولكن لم يتم تعريف أي تعريف قياسي بعد. الرقم التالي هو رسم تخطيطي مقدم في مجموعة عمل ITU IMT 2020 ويعطي مثالًا على شبكة Fronhaul افتراضية.

مثال على تقطيع شبكة 5G C-RAN بواسطة منظمة ITU