5G et découpage du réseau
Lorsqu'on évoque la 5G, le découpage réseau est la technologie la plus évoquée. Les opérateurs de réseaux tels que KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI et NTT, ainsi que les équipementiers comme Ericsson, Nokia et Huawei, estiment tous que le découpage réseau est l'architecture réseau idéale pour l'ère de la 5G.
Cette nouvelle technologie permet aux opérateurs de diviser plusieurs réseaux virtuels de bout en bout dans une infrastructure matérielle, et chaque tranche de réseau est logiquement isolée de l'appareil, du réseau d'accès, du réseau de transport et du réseau central pour répondre aux différentes caractéristiques de divers types de services.
Pour chaque tranche de réseau, des ressources dédiées telles que les serveurs virtuels, la bande passante réseau et la qualité de service sont entièrement garanties. Les tranches étant isolées les unes des autres, les erreurs ou pannes survenant sur une tranche n'affectent pas la communication des autres tranches.
Pourquoi la 5G a-t-elle besoin du Network Slicing ?
Depuis le réseau 4G jusqu'à l'actuel, les réseaux mobiles desservent principalement les téléphones portables et se limitent généralement à une optimisation partielle. Cependant, à l'ère de la 5G, les réseaux mobiles doivent prendre en charge des appareils de types et d'exigences variés. Parmi les nombreux scénarios d'application mentionnés figurent le haut débit mobile, l'IoT à grande échelle et l'IoT critique. Chacun d'entre eux nécessite des types de réseaux différents et des exigences spécifiques en matière de mobilité, de comptabilité, de sécurité, de contrôle des politiques, de latence, de fiabilité, etc.
Par exemple, un service IoT à grande échelle connecte des capteurs fixes pour mesurer la température, l'humidité, les précipitations, etc. Il n'est pas nécessaire de recourir aux transferts, aux mises à jour de localisation et autres fonctionnalités des principaux téléphones du réseau mobile. De plus, les services IoT critiques, tels que la conduite autonome et le contrôle à distance de robots, nécessitent une latence de bout en bout de plusieurs millisecondes, ce qui est très différent des services haut débit mobiles.
Principaux scénarios d'application de la 5G
Cela signifie-t-il que nous avons besoin d'un réseau dédié à chaque service ? Par exemple, un réseau dessert les téléphones mobiles 5G, un autre l'IoT massif 5G et un autre l'IoT critique 5G. Ce n'est pas nécessaire, car nous pouvons utiliser le découpage réseau pour séparer plusieurs réseaux logiques d'un réseau physique distinct, ce qui est une approche très rentable !
Exigences d'application pour le découpage du réseau
La tranche de réseau 5G décrite dans le livre blanc 5G publié par le NGMN est présentée ci-dessous :
Comment implémenter le découpage de réseau de bout en bout ?
(1)Réseau d'accès sans fil 5G et réseau central : NFV
Dans les réseaux mobiles actuels, l'appareil principal est le téléphone mobile. Le RAN (DU et RU) et les fonctions principales sont construits à partir d'équipements réseau dédiés fournis par les fournisseurs de RAN. La virtualisation des fonctions réseau (NFV) est un prérequis pour implémenter le découpage réseau. L'idée principale de la NFV est de déployer les logiciels des fonctions réseau (MME, S/P-GW et PCRF dans le cœur de réseau et DU dans le RAN) dans les machines virtuelles des serveurs commerciaux, plutôt que séparément dans leurs équipements réseau dédiés. Ainsi, le RAN est considéré comme le cloud périphérique, tandis que la fonction principale est considérée comme le cloud central. La connexion entre les VMS situés en périphérie et dans le cloud central est configurée via SDN. Une tranche est ensuite créée pour chaque service (tranche téléphonique, tranche IoT massive, tranche IoT critique, etc.).
Comment mettre en œuvre l'un des Network Slicing(I) ?
La figure ci-dessous montre comment chaque application spécifique à un service peut être virtualisée et installée dans chaque tranche. Par exemple, le découpage peut être configuré comme suit :
(1) Découpage UHD : virtualisation des serveurs DU, 5G core (UP) et cache dans le cloud edge, et virtualisation des serveurs 5G core (CP) et MVO dans le cloud core
(2) Découpage téléphonique : virtualisation des cœurs 5G (UP et CP) et des serveurs IMS avec des capacités de mobilité complètes dans le cloud principal
(3) Découpage IoT à grande échelle (par exemple, réseaux de capteurs) : la virtualisation d'un cœur 5G simple et léger dans le cloud principal n'a aucune capacité de gestion de la mobilité
(4) Découpage IoT critique pour la mission : virtualisation des cœurs 5G (UP) et des serveurs associés (par exemple, les serveurs V2X) dans le cloud périphérique pour minimiser la latence de transmission
Jusqu'à présent, nous avons dû créer des tranches dédiées pour des services aux exigences différentes. Les fonctions réseau virtuelles sont placées à différents emplacements dans chaque tranche (cloud périphérique ou cloud central) en fonction des différentes caractéristiques du service. De plus, certaines fonctions réseau, telles que la facturation, le contrôle des politiques, etc., peuvent être nécessaires dans certaines tranches, mais pas dans d'autres. Les opérateurs peuvent personnaliser le découpage du réseau comme ils le souhaitent, ce qui constitue probablement la solution la plus rentable.
Comment mettre en œuvre l'un des Network Slicing(I) ?
(2) Découpage du réseau entre le cloud périphérique et le cloud central : IP/MPLS-SDN
Le réseau défini par logiciel, concept pourtant simple à ses débuts, devient de plus en plus complexe. Prenons l'exemple de la technologie Overlay : la technologie SDN permet d'établir une connexion réseau entre des machines virtuelles sur l'infrastructure réseau existante.
Découpage de réseau de bout en bout
Tout d'abord, nous examinons comment garantir la sécurité de la connexion réseau entre le cloud périphérique et les machines virtuelles du cloud central. Le réseau entre les machines virtuelles doit être implémenté sur la base d'IP/MPLS-SDN et de Transport SDN. Dans cet article, nous nous concentrons sur l'IP/MPLS-SDN fourni par les fournisseurs de routeurs. Ericsson et Juniper proposent tous deux des produits d'architecture réseau IP/MPLS SDN. Le fonctionnement est légèrement différent, mais la connectivité entre les VMS basés sur SDN est très similaire.
Le cloud central abrite des serveurs virtualisés. Dans l'hyperviseur du serveur, exécutez le vRouter/vSwitch intégré. Le contrôleur SDN assure la configuration du tunnel entre le serveur virtualisé et le routeur DC G/W (le routeur PE qui crée le VPN MPLS L3 dans le centre de données cloud). Créez des tunnels SDN (par exemple, MPLS GRE ou VXLAN) entre chaque machine virtuelle (par exemple, un cœur IoT 5G) et les routeurs DC G/W du cloud central.
Le contrôleur SDN gère ensuite le mappage entre ces tunnels et le VPN MPLS L3, comme le VPN IoT. Le processus est identique dans le cloud périphérique : une tranche IoT est créée, connectée du cloud périphérique au backbone IP/MPLS, puis au cloud central. Ce processus peut être mis en œuvre sur la base de technologies et de normes matures et disponibles à ce jour.
(3) Découpage du réseau entre le cloud périphérique et le cloud central : IP/MPLS-SDN
Il reste maintenant le réseau fronthaul mobile. Comment le répartir entre le cloud périphérique et l'unité de routage 5G ? Il faut d'abord définir le réseau fronthaul 5G. Plusieurs options sont en discussion (par exemple, l'introduction d'un nouveau réseau forward basé sur les paquets en redéfinissant les fonctionnalités des unités de routage et des unités de routage), mais aucune définition standard n'a encore été établie. La figure suivante est un schéma présenté au groupe de travail IMT 2020 de l'UIT et donne un exemple de réseau fronthaul virtualisé.
Exemple de découpage du réseau 5G C-RAN par l'organisation de l'UIT
Date de publication : 02/02/2024
