5G e fatiamento de rede
Quando se fala em 5G, o fatiamento de rede é a tecnologia mais discutida. Operadoras de rede como KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT e fornecedores de equipamentos como Ericsson, Nokia e Huawei acreditam que o fatiamento de rede 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 fatia de rede é isolada logicamente 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 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.
Por que o 5G precisa de fatiamento de rede?
Desde o passado até a atual rede 4G, as redes móveis atendiam principalmente a telefones celulares, realizando, em geral, apenas otimizações para esses dispositivos. No entanto, na era do 5G, as redes móveis precisam atender a dispositivos de diversos tipos e com diferentes 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 possuem requisitos distintos em termos de mobilidade, contabilização, segurança, controle de políticas, latência, confiabilidade e outros aspectos.
Por exemplo, um serviço de IoT em larga escala conecta sensores fixos para medir temperatura, umidade, precipitação, etc. Não há necessidade de handover, atualizações de localização e outros recursos dos telefones principais que servem a 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 alguns 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 para telefones celulares 5G, outra para IoT massiva 5G e outra para IoT de missão crítica 5G. Não precisamos, porque podemos usar o fatiamento de rede para separar várias redes lógicas em uma rede física distinta, o que é uma abordagem muito econômica!
Requisitos de aplicação para fatiamento de rede
A fatia da rede 5G descrita no white paper sobre 5G divulgado pela NGMN é mostrada abaixo:
Como podemos implementar o fatiamento de rede de ponta a ponta?
(1)Rede de acesso sem fio 5G e rede central: NFV
Nas redes móveis atuais, o dispositivo principal é o telefone celular. A RAN (DU e RU) e as funções centrais são construídas a partir de equipamentos de rede dedicados fornecidos pelos fabricantes 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 funções de rede (ou seja, MME, S/P-GW e PCRF no núcleo de pacotes e DU na RAN) em máquinas virtuais em 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 central é tratada como a nuvem central. A conexão entre as VMS localizadas na borda e na nuvem central é configurada usando SDN. Em seguida, uma fatia é criada para cada serviço (por exemplo, fatia de telefonia, fatia de IoT massiva, fatia de IoT de missão crítica, etc.).
Como implementar um dos métodos de fatiamento de rede (I)?
A figura abaixo mostra como cada aplicação específica de serviço pode ser virtualizada e instalada 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 completos de mobilidade 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 principal não possui 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 borda 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 características de cada serviço. Além disso, algumas funções de rede, como faturamento, controle de políticas, etc., podem ser necessárias em algumas fatias, mas não em outras. Os operadores podem personalizar o fatiamento de rede da maneira que desejarem, provavelmente da forma mais econômica.
Como implementar um dos métodos de fatiamento de rede (I)?
(2) Fatiamento de rede entre a borda e a nuvem central: IP/MPLS-SDN
As redes definidas por software (SDN), embora um conceito simples quando foi introduzido, estão se tornando cada vez mais complexas. Tomando como exemplo a tecnologia Overlay, a SDN pode fornecer conexão de rede entre máquinas virtuais na infraestrutura de rede existente.
Fatiamento de rede de ponta a ponta
Primeiramente, analisamos 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 pelos fabricantes de roteadores. Tanto a Ericsson quanto a Juniper oferecem produtos com arquitetura de rede IP/MPLS-SDN. As operações são ligeiramente diferentes, mas a conectividade entre as máquinas virtuais baseadas em SDN é muito semelhante.
Na nuvem principal encontram-se servidores virtualizados. No hipervisor do servidor, executa-se o vRouter/vSwitch integrado. O controlador SDN fornece a configuração do túnel entre o servidor virtualizado e o roteador de gateway do data center (o roteador PE que cria a VPN MPLS L3 no data center da nuvem). Crie túneis SDN (por exemplo, MPLS GRE ou VXLAN) entre cada máquina virtual (por exemplo, o núcleo IoT 5G) e os roteadores de gateway do data center na nuvem principal.
O controlador SDN gerencia o mapeamento entre esses túneis e a VPN MPLS L3, como a VPN IoT. O processo é o mesmo na nuvem de borda, criando uma fatia IoT conectada da nuvem de borda ao backbone IP/MPLS e até a nuvem central. Esse processo pode ser implementado com base em tecnologias e padrões já consolidados e disponíveis.
(3) Fatiamento de rede entre a borda e a nuvem central: IP/MPLS-SDN
O que resta agora é a rede de fronthaul móvel. Como podemos dividir essa rede de fronthaul móvel entre a nuvem de borda e a RU 5G? Primeiramente, a rede de fronthaul 5G precisa ser definida. Existem algumas opções 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 estabelecida. A figura a seguir é um diagrama apresentado no grupo de trabalho ITU IMT 2020 e fornece um exemplo de uma rede de fronthaul virtualizada.
Exemplo de fatiamento de rede C-RAN 5G pela organização ITU
Data da publicação: 02/02/2024
