5G e fatiamento de rede
Quando o 5G é amplamente mencionado, o Network Slicing é a tecnologia mais discutida entre elas. Operadoras de rede como KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT e fornecedores de equipamentos como Ericsson, Nokia e Huawei acreditam que o Network Slicing é a arquitetura de rede ideal para a era do 5G.
Essa nova tecnologia permite que as operadoras dividam várias redes virtuais de ponta a ponta em uma infraestrutura de hardware, e cada Network Slice é logicamente isolado do dispositivo, da rede de acesso, da rede de transporte e da rede principal para atender às diferentes características de vários tipos de serviços.
Para cada fatia de rede, recursos dedicados, como servidores virtuais, largura de banda de rede e qualidade de serviço, são totalmente garantidos. Como as fatias são isoladas umas das outras, erros ou falhas em uma fatia não afetarão a comunicação das outras fatias.
Por que o 5G precisa de fatiamento de rede?
Do passado até a atual rede 4G, as redes móveis atendem principalmente a celulares e, geralmente, realizam apenas algumas otimizações para eles. No entanto, na era 5G, as redes móveis precisam atender a dispositivos de diversos tipos e requisitos. Muitos dos cenários de aplicação mencionados incluem banda larga móvel, IoT em larga escala e IoT de missão crítica. Todos eles exigem diferentes tipos de redes e têm diferentes requisitos em termos de mobilidade, contabilidade, segurança, controle de políticas, latência, confiabilidade, etc.
Por exemplo, um serviço de IoT em larga escala conecta sensores fixos para medir temperatura, umidade, precipitação, etc. Não há necessidade de transferências, atualizações de localização e outros recursos dos principais telefones de serviço na rede móvel. Além disso, serviços de IoT de missão crítica, como direção autônoma e controle remoto de robôs, exigem latência de ponta a ponta de vários milissegundos, o que é muito diferente dos serviços de banda larga móvel.
Principais cenários de aplicação do 5G
Isso significa que precisamos de uma rede dedicada para cada serviço? Por exemplo, uma atende celulares 5G, uma atende IoT massiva 5G e uma atende IoT crítica para missão 5G. Não precisamos, pois podemos usar o fatiamento de rede para separar várias redes lógicas de uma rede física separada, o que é uma abordagem muito econômica!
Requisitos de aplicação para fatiamento de rede
A fatia da rede 5G descrita no white paper 5G divulgado pela NGMN é mostrada abaixo:
Como implementamos o Network Slicing de ponta a ponta?
(1) Rede de acesso sem fio 5G e rede central: NFV
Na rede móvel atual, o dispositivo principal é o telefone celular. RAN (DU e RU) e funções principais são construídas a partir de equipamentos de rede dedicados fornecidos por fornecedores de RAN. Para implementar o fatiamento de rede, a Virtualização de Funções de Rede (NFV) é um pré-requisito. Basicamente, a ideia principal da NFV é implantar o software de função de rede (ou seja, MME, S/P-GW e PCRF no núcleo do pacote e DU na RAN) em todas as máquinas virtuais nos servidores comerciais em vez de separadamente em seus dispositivos de rede dedicados. Dessa forma, a RAN é tratada como a nuvem de borda, enquanto a função principal é tratada como a nuvem principal. A conexão entre VMS localizados na borda e na nuvem principal é configurada usando SDN. Em seguida, uma fatia é criada para cada serviço (ou seja, fatia de telefone, fatia de IoT massiva, fatia de IoT crítica de missão, etc.).
Como implementar um dos Network Slicing(I)?
A figura abaixo mostra como cada aplicativo específico de serviço pode ser virtualizado e instalado em cada fatia. Por exemplo, o fatiamento pode ser configurado da seguinte forma:
(1) Fatiamento UHD: virtualização de servidores DU, núcleo 5G (UP) e cache na nuvem de borda e virtualização de servidores núcleo 5G (CP) e MVO na nuvem central
(2) Fatiamento de telefone: virtualização de núcleos 5G (UP e CP) e servidores IMS com recursos de mobilidade total na nuvem central
(3) Fatiamento de IoT em larga escala (por exemplo, redes de sensores): a virtualização de um núcleo 5G simples e leve na nuvem central não tem recursos de gerenciamento de mobilidade
(4) Fatiamento de IoT de missão crítica: virtualização de núcleos 5G (UP) e servidores associados (por exemplo, servidores V2X) na nuvem de ponta para minimizar a latência de transmissão
Até agora, precisávamos criar fatias dedicadas para serviços com diferentes requisitos. E as funções de rede virtual são alocadas em locais diferentes em cada fatia (ou seja, nuvem de borda ou nuvem central) de acordo com as diferentes características do serviço. Além disso, algumas funções de rede, como faturamento, controle de políticas, etc., podem ser necessárias em algumas fatias, mas não em outras. As operadoras podem personalizar o fatiamento de rede da maneira que desejarem, provavelmente da maneira mais econômica.
Como implementar um dos Network Slicing(I)?
(2) Divisão de rede entre a nuvem de ponta e a nuvem central: IP/MPLS-SDN
Redes definidas por software, embora um conceito simples quando foi introduzido pela primeira vez, estão se tornando cada vez mais complexas. Tomando como exemplo a sobreposição, a tecnologia SDN pode fornecer conexão de rede entre máquinas virtuais na infraestrutura de rede existente.
Fatiamento de rede de ponta a ponta
Primeiramente, analisaremos como garantir a segurança da conexão de rede entre a nuvem de borda e as máquinas virtuais da nuvem central. A rede entre as máquinas virtuais precisa ser implementada com base em IP/MPLS-SDN e SDN de Transporte. Neste artigo, focamos no IP/MPLS-SDN fornecido por fornecedores de roteadores. A Ericsson e a Juniper oferecem produtos de arquitetura de rede SDN IP/MPLS. As operações são ligeiramente diferentes, mas a conectividade entre VMS baseadas em SDN é muito semelhante.
Na nuvem central, encontram-se servidores virtualizados. No hipervisor do servidor, execute o vRouter/vSwitch integrado. O controlador SDN fornece a configuração do túnel entre o servidor virtualizado e o roteador DC G/W (o roteador PE que cria a VPN MPLS L3 no data center da nuvem). Crie túneis SDN (ou seja, MPLS GRE ou VXLAN) entre cada máquina virtual (por exemplo, núcleo de IoT 5G) e roteadores DC G/W na nuvem central.
O controlador SDN gerencia então o mapeamento entre esses túneis e a VPN MPLS L3, como a VPN IoT. O processo é o mesmo na nuvem de ponta, criando uma fatia de IoT conectada da nuvem de ponta ao backbone IP/MPLS e por todo o caminho até a nuvem principal. Esse processo pode ser implementado com base em tecnologias e padrões maduros e disponíveis até o momento.
(3) Divisão de rede entre a nuvem de ponta e a nuvem central: IP/MPLS-SDN
O que resta agora é a rede fronthaul móvel. Como dividimos essa rede fronthaul móvel entre a nuvem de ponta e a RU 5G? Primeiramente, a rede fronthaul 5G precisa ser definida. Algumas opções estão em discussão (por exemplo, a introdução de uma nova rede de encaminhamento baseada em pacotes, redefinindo a funcionalidade da DU e da RU), mas ainda não há uma definição padrão. A figura a seguir é um diagrama apresentado no grupo de trabalho do ITU IMT 2020 e fornece um exemplo de uma rede fronhaul virtualizada.
Exemplo de fatiamento de rede C-RAN 5G pela organização ITU
Horário da publicação: 02/02/2024
