Network Slicing am Edge

Network Slicing ist nicht neu. Es handelt sich dabei um eine Methode zur Erstellung mehrerer logischer und virtualisierter Netzwerke auf einer gemeinsamen Infrastruktur unter Verwendung von Software-defined Networking (SDN). Wie wir bereits in früheren Blogbeiträgen angedeutet haben, hat die 5G-Technologie den Einsatz von SDN und Network Functions Virtualization (NFV) beschleunigt – beides trägt zur schnellen Erstellung von Network Slices bei. Durch die Anwendung der gleichen Prinzipien der Virtualisierung auf die Funkzugangsnetze (RANs) kann ein Netzbetreiber den Datenverkehr physisch in Slices aufteilen.

Network Slices können eine bestimmte Anwendung, einen bestimmten Dienst, eine bestimmte Gruppe von Benutzern oder ein bestimmtes Netzwerk unterstützen und sich über mehrere Netzwerkdomänen erstrecken, einschließlich Zugang, Kern und Transport. Sie können auch über mehrere Betreiber bereitgestellt werden. Dies bedeutet, dass jedes logische Netzwerk so konzipiert ist, dass es einem bestimmten Geschäftszweck dient und alle erforderlichen Netzwerkressourcen umfasst – konfiguriert und durchgängig miteinander verbunden.

Eine der wichtigsten Funktionen von 5G ist, dass Network Slices dynamisch erstellt und programmiert werden können, um Endkunden ein eigenes Mobilfunknetz und Abonnentenmanagement zu bieten, das kontinuierlich aktualisiert werden kann, um ihren sich wandelnden Bedürfnissen gerecht zu werden. Von extrem hoher Bandbreite bis hin zu geringer Latenz – die für 5G und Network Slicing identifizierten Anwendungsfälle decken vielfältige Übertragungsanforderungen ab und lassen sich in drei Hauptkategorien einteilen. Die 3GPP (3rd Generation Partnership Project) Release 15 enthielt Details zu diesen drei Slice/Service-Typen (SSTs):

• SST 1 – Extreme (oder enhanced) Mobile Broadband (eMBB): Geeignet für videozentrierte Anwendungen, die viel Bandbreite verbrauchen und den meisten Datenverkehr im mobilen Netzwerk erzeugen.
• SST 2 – Ultra-reliable Low-Latency Communications (urLLC): Ermöglicht Dinge wie Fernoperationen oder Vehicle-to-X-Kommunikation (v2x) und erfordert von den Mobilfunknetzbetreibern (MNOs), dass sie über mobile Edge-Computing-Kapazitäten verfügen.
• SST 3 – Massive Machine-Type Communications (mMTC): Obwohl es allgemein als Internet der Dinge (IoT) bekannt ist, schneidet dieses Netzwerk Dienste in viel größerem Maßstab, wobei Milliarden von Geräten mit dem Netzwerk verbunden sind. Diese Geräte erzeugen weit weniger Datenverkehr als eMBB-Anwendungen, aber es wird um ein Vielfaches mehr von ihnen geben.

Die Gleichzeitigkeit von Diensten wird durch Network Slicing ermöglicht. Es gibt einen intrinsischen Effekt, bei dem jeder Dienst inhärente Eigenschaften aufweist: einen Mikroeffekt, bei dem sich Änderungen in einem Abschnitt nicht auf den benachbarten Abschnitt auswirken, und einen Makroeffekt, bei dem physische Ressourcen je nach Bedarf in einen anderen Abschnitt verschoben werden. NFV bietet Skalierbarkeit, Flexibilität und Isolierung.

Es ist wichtig zu verstehen, dass Netzwerkisolation – bei der vertikale Kunden keine Netzwerkfunktionen oder -ressourcen mit anderen Kunden teilen – in manchen Fällen nicht als grundlegende Anforderung gilt und durch Network Slicing nicht abgedeckt wird. Beim Network Slicing wird also davon ausgegangen, dass in einem nationalen Netz nur eine geringe Anzahl von Slices benötigt wird und dass diese von Unternehmen mit ähnlichen Bedürfnissen gemeinsam genutzt werden.

Network Slicing ohne Netzwerkisolation mag in bestimmten Anwendungsfällen, die eine nationale Netzabdeckung erfordern (wie vernetzte Autos), akzeptabel sein, aber viele Unternehmen möchten keine Hardware- oder Softwareinfrastruktur mit anderen Unternehmen teilen, geschweige denn mit ihren Wettbewerbern. Das erklärt die Entstehung von Private LTE und Private 5G.

Network Slicing sollte nicht mit Private LTE/5G verwechselt werden, da sie für unterschiedliche Anwendungen gedacht sind. Private Netzwerke, wie wir sie in Produktionsanlagen, Flughäfen und Häfen, der Versorgungsproduktion, Vertriebszentren usw. sehen, benötigen und nutzen dedizierte Kernnetzwerke. Diese dedizierten Kernnetzwerke bieten dem Unternehmen vollständige Netzwerkisolation und bieten mehr Kontrolle, Zuverlässigkeit und deterministische Qualität, da sie nicht mit anderen Kunden geteilt werden.

Network Slicing eignet sich hervorragend für Anwendungen wie das landesweite Flottenmanagement und bietet einen zuverlässigen und kontrollierten Service, unabhängig vom Standort des Geräts. Einige der Treiber von Network Slicing sind in Abbildung 2 dargestellt.

5G hat virtuelle Netzwerkfunktionen (VNF), insbesondere Network Slicing, ermöglicht, um die von der Virtualisierung versprochene Flexibilität voll auszuschöpfen. Die zugrundeliegenden Softwareanwendungen für Netzwerkfunktionen müssen jedoch so konzipiert sein, dass sie jede Infrastruktur unterstützen und Bereitstellungen sowie Lebenszyklusereignisse wie die Erstellung von Diensten, transparente Software-Upgrades, dynamische Skalierbarkeit und sogar die Wiederherstellung vollständig automatisieren können:

Wann und wie sollte der Network Slice erstellt werden? Netzbetreiber müssen diese und weitere relevante Fragen beantworten, darunter die folgenden:

• Wie erstellen Sie den Slice? (Pro Dienst, pro Branche, pro App, pro QoS)
• Wo erstellen Sie den Slice? (Zelle, RDC, lokaler DC, Kern)
• Wie viele physische Ressourcen werden für einen Slice benötigt? (Lage/Größe des Segments)
• Welche Latenzziele werden angestrebt?
• Wie werden Sie die Skalierung ermöglichen? (Zuweisung physischer Ressourcen zu einem virtuellen Bereich)

Die Schritte im Lebenszyklus eines Network Slice umfassen Vorbereitung, Inbetriebnahme, Betrieb und Stilllegung:

• Vorbereitung: Bewerten Sie die Anforderungen an den Network Slice. Entwerfen/wählen Sie eine Segment-Topologie aus. Erstellen und integrieren Sie eine Network-Slice-Vorlage.
• Inbetriebnahme: Erstellen Sie die Network-Slice-Instanz (NSI) und die Network-Slice-Subnet-Instanz (NSSI), welche die Slice-Anforderungen verwalten.
• Betrieb: Dieser Schritt umfasst die NSI-/NSSI-Aktivierung, notwendige Modifikationen und die Deaktivierung.
• Stilllegung: Wenn möglich, beenden Sie die Instanzen.

Slice-Anfragen werden in jede Schicht des Telekommunikations-Cloud-Stacks aufgeteilt, einschließlich der Netzwerksteuerungsschicht, der logischen Netzwerkschicht und der Edge-Konnektivitätsschicht. Die folgende Grafik zeigt die Berechnungen, die in die Entscheidung über die Aufteilung des Netzwerks einfließen, wobei in jedem Schritt bestimmte Richtlinien und Kriterien bewertet werden:

5G Network Slicing ist ein auftragsgesteuerter Prozess, und Produkte wie das IBM Cloud Pak for Network Automation bieten eine einzige grafische Oberfläche, die Netzbetreiber verwenden können, um die komplexe Aufgabe des Network Slicing durchzuführen und die Segmente zu verwalten. Es bietet intentionsgetriebene Orchestrierung, extreme Automatisierung und Optimierungsfunktionen. Derartige Tools ermöglichen es den Betreibern, den Status der Slices und die SLA-Metriken zu überwachen und geben ihnen die Möglichkeit, schnell auf etwaige Alarme oder Änderungen zu reagieren.

5G ermöglicht neue Geschäftsmodell-Innovation in allen Branchen. Network Slicing ermöglicht es dem Netzbetreiber, die Nutzung von Netzressourcen und die Serviceflexibilität zu maximieren. Einige der Netzwerkfunktionen können zwischen Netzwerkschnitten geteilt werden, während andere Netzwerkfunktionen nur für einen bestimmten Dienst innerhalb des Schnitts bereitgestellt werden. Solche Funktionen ermöglichen es CSPs, innovative Dienstleistungen anzubieten, um neue Märkte zu erschließen und ihr Geschäft zu erweitern.

Das IBM Cloud Architecture Center bietet viele hybride und multicloud-Referenzarchitekturen an, darunter KI-Frameworks. Suchen Sie nach der IBM Network Automation-Referenzarchitektur und der IBM Edge Computing-Referenzarchitektur.

Besonderer Dank gilt Sanil Nambiar für die Durchsicht des Artikels.

• IBM Garage
• IBM Edge Application Manager
• IBM Cloud Pak for Network Automation
• IBM Cloud for Telekommunikation
• 5G und Edge Computing

• „ What Is Network Slicing?“ – Blueplanet (Link befindet sich außerhalb von ibm.com)
• „Network Slicing“ – Ericsson (Link befindet sich außerhalb von ibm.com)