5G et découpage de réseau
Lorsqu'on parle de la 5G, le découpage de réseau est la technologie la plus discutée. Les opérateurs de réseau tels que KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI et NTT, ainsi que les équipementiers comme Ericsson, Nokia et Huawei, considèrent tous le découpage de réseau comme 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 du périphérique, du réseau d'accès, du réseau de transport et du réseau central afin de répondre aux différentes caractéristiques des divers types de services.
Pour chaque tranche de réseau, les ressources dédiées telles que les serveurs virtuels, la bande passante et la qualité de service sont pleinement garanties. Les tranches étant isolées les unes des autres, les erreurs ou pannes survenant dans une tranche n'affectent pas la communication des autres tranches.
Pourquoi la 5G a-t-elle besoin du découpage de réseau ?
Des réseaux mobiles d'hier à aujourd'hui, avec la 4G, étaient principalement dédiés aux téléphones mobiles et se contentaient généralement d'optimisations pour ces derniers. Cependant, à l'ère de la 5G, les réseaux mobiles doivent prendre en charge des appareils aux profils et exigences variés. Parmi les nombreux scénarios d'application figurent le haut débit mobile, l'Internet des objets (IoT) à grande échelle et l'IoT critique. Chacun de ces scénarios requiert un type de réseau différent et présente des exigences spécifiques en matière de mobilité, de facturation, de sécurité, de gestion 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 alors plus nécessaire d'effectuer des transferts intercellulaires, des mises à jour de localisation ni d'autres opérations des téléphones principaux du réseau mobile. De plus, les services IoT critiques, tels que la conduite autonome et le contrôle à distance de robots, exigent une latence de bout en bout de quelques 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 pour chaque service ? Par exemple, un réseau pour les téléphones mobiles 5G, un autre pour l'Internet des objets massif 5G et un dernier pour l'Internet des objets critique 5G. Ce n'est pas nécessaire, car nous pouvons utiliser le découpage de réseau pour créer plusieurs réseaux logiques à partir d'un réseau physique distinct, ce qui est très rentable !
Exigences d'application pour le découpage de réseau
La tranche de réseau 5G décrite dans le livre blanc sur la 5G publié par le NGMN est présentée ci-dessous :
Comment mettre en œuvre le découpage de réseau de bout en bout ?
(1) Réseau d'accès sans fil 5G et réseau central : NFV
Dans les réseaux mobiles actuels, le téléphone mobile est l'élément central. Le RAN (DU et RU) et les fonctions cœur de réseau sont construits à partir d'équipements réseau dédiés fournis par les fournisseurs RAN. La virtualisation des fonctions réseau (NFV) est indispensable à la mise en œuvre du découpage de réseau. Le principe de la NFV est de déployer les logiciels de fonctions réseau (MME, S/P-GW et PCRF dans le cœur de réseau, et DU dans le RAN) sur des machines virtuelles hébergées sur des serveurs commerciaux, au lieu de les déployer séparément sur leurs équipements réseau dédiés. Ainsi, le RAN est considéré comme un cloud de périphérie, tandis que les fonctions cœur de réseau sont considérées comme un cloud central. La connexion entre les machines virtuelles situées en périphérie et celles du cloud central est configurée via SDN. Ensuite, une tranche est créée pour chaque service (tranche téléphone, tranche IoT massive, tranche IoT critique, etc.).
Comment implémenter l'un des découpages de réseau (I) ?
La figure ci-dessous illustre comment chaque application spécifique à un service peut être virtualisée et installée dans chaque partition. Par exemple, le découpage en partitions peut être configuré comme suit :
(1) Découpage UHD : virtualisation des serveurs DU, cœur 5G (UP) et cache dans le cloud de périphérie, et virtualisation des serveurs cœur 5G (CP) et MVO dans le cloud central
(2) Découpage du réseau téléphonique : virtualisation des cœurs 5G (UP et CP) et des serveurs IMS avec des capacités de mobilité complètes dans le cloud central
(3) Découpage IoT à grande échelle (ex. : réseaux de capteurs) : La virtualisation d’un cœur 5G simple et léger dans le cloud central ne possède aucune capacité de gestion de la mobilité
(4) Découpage IoT critique : virtualisation des cœurs 5G (UP) et des serveurs associés (par exemple, serveurs V2X) dans le cloud de périphérie pour minimiser la latence de transmission
Jusqu'à présent, nous devions créer des partitions dédiées pour les services aux exigences différentes. Les fonctions réseau virtuelles étaient placées à différents endroits dans chaque partition (par exemple, en périphérie ou au cœur du réseau) en fonction des caractéristiques de chaque service. De plus, certaines fonctions réseau, comme la facturation ou le contrôle des politiques, pouvaient être nécessaires dans certaines partitions, mais pas dans d'autres. Les opérateurs pouvaient ainsi personnaliser le découpage du réseau selon leurs besoins, et probablement de la manière la plus rentable.
Comment implémenter l'un des découpages de réseau (I) ?
(2) Découpage du réseau entre la périphérie et le cœur du cloud : IP/MPLS-SDN
Le concept de réseau défini par logiciel (SDN), bien que simple à ses débuts, devient de plus en plus complexe. Prenons l'exemple de la technologie Overlay : le SDN permet d'établir une connexion réseau entre des machines virtuelles sur l'infrastructure réseau existante.
Découpage de réseau de bout en bout
Nous allons tout d'abord examiner comment sécuriser la connexion réseau entre le cloud périphérique et les machines virtuelles du cloud central. Le réseau entre ces machines virtuelles doit être implémenté sur la base d'IP/MPLS-SDN et de SDN de transport. Dans cet article, nous nous concentrons sur l'IP/MPLS-SDN proposé par les fournisseurs de routeurs. Ericsson et Juniper proposent tous deux des produits d'architecture réseau IP/MPLS-SDN. Leur fonctionnement diffère légèrement, mais la connectivité entre les machines virtuelles basées sur SDN est très similaire.
Le cœur du cloud héberge des serveurs virtualisés. L'hyperviseur de chaque serveur exécute le vRouter/vSwitch intégré. Le contrôleur SDN configure les tunnels entre le serveur virtualisé et le routeur DC G/W (le routeur PE qui établit le VPN MPLS L3 dans le datacenter cloud). Créez des tunnels SDN (MPLS GRE ou VXLAN) entre chaque machine virtuelle (par exemple, le cœur de réseau IoT 5G) et les routeurs DC G/W du cœur du cloud.
Le contrôleur SDN gère ensuite le mappage entre ces tunnels et le VPN MPLS L3, tel que le VPN IoT. Le processus est identique dans le cloud de périphérie, créant une tranche IoT connectée du cloud de périphérie au réseau dorsal IP/MPLS, puis au cloud central. Ce processus peut être mis en œuvre à l'aide de technologies et de normes éprouvées et disponibles.
(3) Découpage du réseau entre la périphérie et le cœur du cloud : IP/MPLS-SDN
Il reste désormais à définir le réseau frontal mobile. Comment segmenter ce réseau entre le cloud de périphérie et l'unité radio 5G ? Il faut d'abord définir le réseau frontal 5G. Plusieurs options sont à l'étude (par exemple, l'introduction d'un nouveau réseau de transfert par paquets en redéfinissant les fonctionnalités des unités de déploiement (DU) et des unités radio), mais aucune définition standard n'a encore été établie. La figure ci-dessous, présentée par le groupe de travail IMT 2020 de l'UIT, illustre un exemple de réseau frontal virtualisé.
Exemple de découpage de réseau C-RAN 5G par l'UIT
Date de publication : 2 février 2024
