Az 5G mobil hálózatok jelentős digitális fejlódést tesznek lehetővé. Az 5G technológia célja olyan végpontok közötti infrastruktúra biztosítása, amely képes állandó felhasználói minőséget biztosítani heterogén környezetben és a felhasználási esetek széles körében. Ennek a célnak elérése érdekében az 5G-nek támogatnia kell a nagy bitsebességet, a nagy járműsebességet, az alacsony késleltetési időt és a magas eszköz sűséget.
Olyan hálózat tervezése, amely egyszerre képes támogatni a legkülönfélébb használati eseteket és magas teljesítmény követelményeket egyetlen szabványos hálózati funkció alatt, rendkívül összetett feladat lenne és emellett mérhetetlenül drága is . Az alternatív megoldás a hálózat szeletekre bontása (network slicing), amely kulcsfontosságú funkció az 5G változatos követelményeinek kielégitésére, beleértve a méretezhetőséget és rugalmasságot.
Sorce:Ericsson
1.ábra. Network Slicing
Network slicing
A network slicing a rendelkezésre álló virtuális erőforrások (computation, networking, storage) egy elkülönített részhalmazából, valamint az ezeken futó forgalom azonosítására szolgáló szabályokból (policy-k) áll. A hálózati szelet (network slice) virtuális erőforrások halmazából (VNF) és a hozzá tartozó forgalomból (traffic flows) áll.
A network slicing koncepció lehetővé teszi a hálózati elemek és funkciók egyszerű konfigurálását és újrafelhasználását minden hálózati szeletben (slice), hogy megfeleljen egy adott követelménynek. A network slicing egy E2E szolgáltatás ami úgy van kialakítva a végpontok között, hogy magában foglalja a CORE-t a Transport hálózatot és a RAN-t, ahol minden szeletnek saját architektúrája van.
A meglévő hálózati architektúrák viszonylag monolitikusak egy transport hálózattal ami
mobilforgalat továbbitja a végeszközök felé. Ezek nem elég rugalmasak ahhoz, hogy szélesebb körű teljesítményt és méretezhetőségi követelményeket támogassanak. A network slicing lehetővé teszi az 5G hálózatok logikai felosztását több virtuális hálózati egységbe. Minden szelet optimalizálható egy adott függőleges alkalmazás (vertical application) kiszolgálására, így nagyfokú rugalmasságot biztosít több felhasználási eset egyidejű aktív működésében.
A network slicing a felhőalapú mobil hozzáférés innovációit használja ki. A felhő szolgáltatás kombinálása a szoftver által definiált hálózattal (SDN) és a hálózati funkciók virtualizációjával (NFV) biztosítja a szükséges eszközöket a network slicing technológiához. A virtualizációs technológia lehetővé teszi mind fizikai, mind virtuális erőforrások használatát a szolgáltatás létrehozásához.
Network Slicing Előnyei
A network slicing technológia lehetővé teszi az egyes iparágak üzleti igényeinek kielégítését több logikai hálózattal személyre szabottan egy közös fizikai infrastruktúrán. A network slicing technológia lehetővé teszi a hálózat üzemeltető számára, hogy olyan virtuális hálózatot hozzon létre, garantált minőségű szolgáltatások számára amelyek el vannak szigetelve a másik virtuális hálózattól de ugyanazt a fizikai infrastruktúrát használják.
Az E2E network slicing menedzsment és automatizálás funkciók a hatékonyságot, a rugalmasságot és a stabil működést szolgálják a végpontok közötti szolgáltatási szint megállapodás (SLA) biztositására. Üzleti szempontból a network slicing a hálózat üzemeltetőknek lehetőséget kínálnak üzleti területeik kiterjesztésére több virtuális hálózat bérbeadásával a fizikai infrastruktúra hálózatukon.
A Network Slicing Előnyei a Hálózat Üzemeltetők Számára
- Egyetlen hálózat segítségével a felhasználó igényei és a különféle használati esetek alapján egyedi szolgáltatások konfigurálhatóak.
- A hálózatüzemeltetők a megfelelő mennyiségű szükséges erőforrást hálózati szeletenként oszthatják ki ezzel az erőforrások hatékony és eredményes felhasználását eredményezve. Például az egyik hálózati szelet úgy tervezhető, hogy alacsony késleltetést és alacsony adatsebességet biztosítson, míg a másik hálózati szelet úgy konfigurálható, hogy nagy átviteli sebességet biztosítson.
- Segíti a hálózat üzemeltetői a kiadások (OPEX) és a tőkekiadások (CAPEX) csökkentését.
- Jelentősen javítja a működési hatékonyságot és a piacra kerülési időt az 5G hálózati szolgáltatások nyújtásához.
- Kiküszöböli a “DiffServ” összes hátrányát, amely a legnépszerűbb QoS megoldás.
Source: ETSI
2.ábra. End to End Network Slicing
A network slicing szabványosítás fejlődése
A network slicing szabványokon és a nyílt forráskódú közösségen alapuló legkorszerűbb technológiákból áll. A network slicing architektúra és az egyes összetevők specifikációinak meghatározására irányuló erőfeszítéseket több Standard Definítion Organizations (SDO-k) is átvette. A. A Next Generation Mobile Networks (NGMN) szövetség elsőként mutatta be az 5G network slicing koncepciót és magas szintű architektúráját.A 3. generációs partnerségi projekt (3GPP) kezdetben a CN-re összpontosított olyan módszerekkel, mint az APN alapú network slicing a DECOR-al. Később kiterjesztette a hangsúlyt a RAN-ra, a Transportra és az E2E
menedzsmentre. Az Európai Távközlési Szabványok Intézete (ETSI) szintén meghatározta a Network Function Virtualization (NFV) architekturális keretrendszerét és információs modellt a network slicing támogatására.
A network slicing logikai hálózat koncepciója a szoftver által meghatározott hálózaton (SDN) alapul. Az Open Network Foundation (ONF), amely bevezette az OpenFlow for SDN-t, meghatározta az SDN architektúra 5G slicingra való alkalmazásának módszereit. A közelmúltban az Internet Engineering Task Force (IETF) a vezérlősík protokollok (control planes) gazdag készletével járult hozzá (pl. NETCONF/RESTCONF/PCEP/BGP-LS stb.), adatsík protokollok (user planes) (pl. SRv6, SR-MPLS stb.) és különféle YANG adatmodellek (pl. ACTN VN, L1/2/3 Service Models, TE/Tunnel Models stb.) a szállítási hálózat szeletelésének támogatására. Olyan szervezetek, mint az ONF, az O-RAN, vagy a Linux Foundation is dolgoztak
nyílt forráskódú projektek nyílt hálózati architektúra és interfészek meghatározásán és megvalósításán.
A Network Automation Platform (ONAP) egy reprezentatív nyílt forráskódú projekt, amely a közös hálózat meghatározására és megvalósítására irányul és olyan menedzsment keretrendszeren dolgozik, amely különböző típusú hálózati funkciókat fed le. A network slicing management az egyik legfontosabb funkciója az ONAP-nak amit AI-alapú automatizálás támogat.
A Network Slicing Kihívásai
Az 5G sikeres fejlődése a mögöttes technológiai lehetőségek, például a hálózati virtualizáció érettségén is nagymértékben alapul. A Network Slicing is egy ilyen technológiai lehetőség. Bár SDN-t és NFV-t koncepciókat alkalmaz a nyílt és rugalmas szolgáltatások létrehozásához, számos kihívást kell leküzdenie.
Dinamikus Erőforrás-Megosztás
A network slice bérlők közötti dinamikus erőforrás-megosztás egy fontos probléma. Az erőforrás megosztás megvalósítható statikus partíciómegosztással vagy rugalmasan aktív megosztással. A hálózati terhelés dinamikus jellemzői miatt a network slice bérlők közötti dinamikus erőforrás megosztás hatékonyabbá teszi a hálózati erőforrások kihasználását. Az erőforrás megosztás során azonban néhány konkrét problémát meg kell oldani. Ilyen például a rádióerőforrások megoszthatósága a RAN szeletek között. Megfelelő rádióütemező mechanizmusra van szükség ahhoz, hogy a rádióerőforrásokat ezek között a szeletek között allokálhassák. Egy másik megfontolandó kérdés a számítási erőforrás. Hogyan lehet igazságosan és hatékonyan megosztani a dinamikusan létrehozott network slice-ok között.
End to End Slice Orchestration és Management
Az 5G-hálózat-üzemeltetők egyik kihivása, hogy miként allokálják a hálózati erőforrásokat az előnyök maximalizálása érdekében. Elsősorban a hálózati szeletek (network slice-ok) életciklus-kezelése a kritikus probléma.. Az SDN-t és NFV-t használó 5G hálózat szeletelésnek új módokat kell felfedeznie az erőforrások igény szerinti összehangolására és kezelésére. A szeleteket dinamikusan kell létrehozni, méretezni és törölni a rendelkezésre álló hálózati erőforrások alapján.
Biztonság és Adatvédelem
Az 5G hálózatszeletelés (network slicing) biztonsága kritikus probléma a szeletek közötti erőforrás-megosztás miatt. A különböző ügyfelek számára különböző típusú szolgáltatásokat kiszolgáló hálózati szeletek eltérő szintű biztonsági és adatvédelmi irányelvekkel rendelkeznek. Ezért a hálózati szeletelés biztonsági protokolljainak tervezése során figyelembe kell venni a többi szeletre és a teljes hálózati rendszerre gyakorolt hatást is.
A RAN Virtualizálása
A virtualizáció a legfontosabb technológia a network slicing megvalósításához. A virtualizációs technológiát korábban vezetékes hálózatokban alkalmazták. A vezeték nélküli kapcsolatok időben változóak és érzékenyek az interferenciára. A vezetékes hálózat egyes virtualizációs módszerei nem használhatók közvetlenül vezeték nélküli hálózatban. Ezért a bázisállomások virtualizálására szolgáló új virtualizációs mechanizmusok kritikus fontosságúak a RAN virtualizáció és network slicing megvalósításában.
Üzleti Modell és QoS Támogatás
Az 5G hálózatok támogatják az új szolgáltatásokat URLLC-t, eMBB-t és az mMTC-t. Megfelelnek a különböző vertikális ipari alkalmazások és szolgáltatások követelményeinek a késleltetés és a sávszélesség tekintetében. A heterogén 5G hálózatban számos üzleti modellt kell kezelniük a mobilszolgáltatóknak. Ilyenek a Business to Business (B2B), a Business to Consumers (B2C) és a Business to Business to Consumers (B2B2C). Mindegyikük modell személyre szabott 5G-erőforrásokat telepít QoS-garanciával. Újszerű mobilitás kezelési megoldásokat kell kidolgozni a hálózat szeletelésre, amely támogatja a szolgáltatástudatos QoS vezérlést az 5G rendszerekben.
Automatizált Network Slicing
Az 5G hálózatok támogatják a kínált szolgáltatások, a teljesítmény követelmények és a kommunikációs technológiák növekvő heterogenitását. A network slicing újszerű technikaként jelent meg a hálózatok működtetésében. A különféle felhasználók és alkalmazások számára optimális szolgáltatásokat nyújtó virtuális hálózati szeletek létrehozása kihívást jelent a hálózati erőforrások hatékony kezelésében. A megnövekedett forgalommal kapcsolatos információk feldolgozása és a hálózati funkcionalitás adaptív optimalizálása az időben változó terheléshez űj kihivást jelent. A gépi tanuláson alapuló új megoldások javítják az 5G hálózat szeletelést, és segitik a hálózati funkciók automatizálását a hálózati szeletek tervezését, telepítését, üzemeltetését, vezérlését.
Source of header image: Nokia