网络切片在5G中的应用

5G和网络切片

当5G被广泛提及的时候,网络切片是其中讨论最多的技术。像KT、SK Telecom、China Mobile、DT、KDDI、NTT等网络运营商,以及Ericsson、Nokia 、Huawei 等设备商都认为网络切片是5G时代的理想网络架构。

这个新技术可以让运营商在一个硬件基础设施切分出多个虚拟的端到端网络,每个网络切片从设备到接入网到传输网再到核心网在逻辑上隔离,适配各种类型服务的不同特征需求。

对于每一个网络切片,像虚拟服务器、网络带宽、服务质量等专属资源都得到充分保证。由于切片之间相互隔离,所以一个切片的错误或故障不会影响到其它切片的通信。

为什么5G需要网络切片

从以往到目前4G网络,移动网络主要服务移动手机,一般来说只为手机做一些优化。然而在5G时代,移动网络需要服务各种类型和需求的设备。大家提的比较多的应用场景包括移动宽带、大规模物联网、任务关键的物联网。他们都需要不同类型的网络,在移动性、计费、安全、策略控制、延时、可靠性等方面有各不相同的要求。

例如一个大规模物联网服务连接固定传感器测量温度、湿度、降雨量等。不需要移动网络中那些主要服务手机的切换、位置更新等特性。另外像自动驾驶以及远程控制机器人等任务关键的物联网服务需要几毫秒的端到端延时,这就和移动宽带业务大不相同。

5G的主要应用场景

这是不是意味着我们需要为每一个服务建设一个专用网络了?例如,一个服务5G手机,一个服务5G大规模物联网,一个服务5G任务关键的物联网。其实不需要,因为我们可以通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑的网络,这是一个非常节省成本的做法!

网络切片的应用需求

NGMN发布的5G白皮书中阐述的5G网络切片如下图所示:

NGMN 5G网络切片示意图

我们怎么实现端到端网络切片?

(1)5G的无线接入网络和核心网:NFV化

在如今的移动网络中,主要的设备是手机。RAN(DU和RU)和核心功能由RAN厂商提供的专用网络设备构建。为了实现网络切片,网络功能虚拟化(NFV)是一个先决条件。基本上,NFV的主要思想是将网络功能软件(即分组核心中的MME,S / P-GW和PCRF以及RAN中的DU)全部部署在商业服务器上的虚拟机,而不是单独部署在其专用网络设备。这样,RAN当作边缘云,而核心功能当作核心云。位于边缘和核心云中的VM之间的连接使用SDN进行配置。然后,为每个服务(即电话切片、大规模物联网切片、任务关键的物联网切片等等)创建切片。

如何实现网络切片之一

下图显示了每个服务专用的应用程序如何可以虚拟化并安装在每个切片中。 例如,切片可以配置如下:

(1)UHD切片:在边缘云中虚拟化DU,5G核心(UP)和缓存服务器,以及在核心云中虚拟化5G核心(CP)和MVO服务器

(2)电话切片:在核心云中虚拟化具有全移动功能的5G核心(UP和CP)和IMS服务器

(3)大规模物联网切片(例如传感器网络):在核心云中虚拟化一个简单轻便的5G内核没有移动性管理功能

(4)任务关键的物联网切片:在边缘云中虚拟化5G核心(UP)和相关服务器(例如V2X服务器),用于最小化传输延迟

到目前为止,我们需要为具有不同要求的服务创建专用切片。并且根据不同服务特性将虚拟网络功能放置在每个切片中的不同位置(即边缘云或核心云)。 此外,一些网络功能例如如计费,策略控制等,在某些切片中可能是必要的,但在其他网络切片中不是必需的。运营商可以按照他们想要的方式定制网络切片,而且可能是最具成本效益的方式。

如何实现网络切片之二

(2)边缘与核心云间的网络切片:IP/MPLS-SDN

软件定义网络,尽管在首先介绍的时候是一个很简单的概念,但现在变得越来越复杂。就以Overlay形式为例,SDN技术能够在现有的网络基础设施上提供虚拟机间的网络连接。

端到端网络切片

首先我们看如何保证边缘云与核心云的虚拟机间的网络连接是安全的,虚拟机间的网络需要基于IP/MPLS-SDN和Transport SDN来实现。本文我们主要讨论路由器厂商提供的IP/MPLS-SDN。Ericsson和Juniper都提供IP/MPLS SDN网络架构产品。操作有些许不同,但基于SDN的虚拟机间的连接是极其相似的。

在核心云中是虚拟化服务器。 在服务器的管理程序中,运行内置的vRouter / vSwitch。 SDN控制器提供虚拟化服务器和DC G / W路由器(云数据中心中创建MPLS L3 VPN的PE路由器)间的隧道配置,在核心云中的每个虚拟机(例如5G IoT核心)和DC G / W路由器间创建SDN隧道(即MPLS GRE或VXLAN)。

然后,由SDN控制器管理这些隧道和MPLS L3 VPN(例如IoT VPN)之间的映射。该过程在边缘云中也是一样,创建一个物联网切片从边缘云连接到IP / MPLS骨干,并一直到核心云。 这个过程可以基于目前为止成熟可用的技术和标准来实现。

(3)边缘与核心云间的网络切片:IP/MPLS-SDN

现在剩下的是移动前传网络。 我们如何在边缘云和5G RU之间切割这个移动前传网络? 首先,必须首先定义5G前传网络。大家在讨论中存在一些选择(例如通过重新定义DU和RU的功能来引入新的基于分组的前传网络),但是还没有做出标准定义。下图是在ITU IMT 2020工作组中给出的图示,并给出了虚拟化前传网络的示例。

ITU组织5G C-RAN网络切片的示例

5G时代的网络切片技术依然发展变化,一些关注和问题仍未解决。 因此,我们将跟踪韩国和世界各地的运营商,供应商和标准化组织的技术更新,以便让您了解有关该技术的最新信息。

原文发布于微信公众号 - SDNLAB(SDNLAB)

原文发表时间:2016-11-25

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