5G y segmentación de red
Cuando se habla de 5G, la tecnología Network Slicing es la más comentada. Operadores de red como KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI y NTT, así como proveedores de equipos como Ericsson, Nokia y Huawei, coinciden en que Network Slicing es la arquitectura de red ideal para la era 5G.
Esta nueva tecnología permite a los operadores dividir múltiples redes virtuales de extremo a extremo en una infraestructura de hardware, y cada segmento de red está lógicamente aislado del dispositivo, la red de acceso, la red de transporte y la red central para satisfacer las diferentes características de los diversos tipos de servicios.
Para cada segmento de red, se garantizan plenamente recursos dedicados como servidores virtuales, ancho de banda y calidad de servicio. Dado que los segmentos están aislados entre sí, los errores o fallos en un segmento no afectarán la comunicación de los demás.
¿Por qué es necesaria la segmentación de red para la tecnología 5G?
Desde el pasado hasta la actual red 4G, las redes móviles se han centrado principalmente en dar servicio a teléfonos móviles y, por lo general, solo han realizado optimizaciones específicas para ellos. Sin embargo, en la era 5G, las redes móviles deben dar servicio a dispositivos de diversos tipos y con diferentes requisitos. Muchos de los escenarios de aplicación mencionados incluyen banda ancha móvil, IoT a gran escala e IoT de misión crítica. Todos ellos requieren distintos tipos de redes y presentan diferentes requisitos en cuanto a movilidad, contabilidad, seguridad, control de políticas, latencia, fiabilidad, etc.
Por ejemplo, un servicio IoT a gran escala conecta sensores fijos para medir la temperatura, la humedad, la lluvia, etc. No requiere traspasos de llamadas, actualizaciones de ubicación ni otras funciones de los teléfonos principales de la red móvil. Además, los servicios IoT de misión crítica, como la conducción autónoma y el control remoto de robots, requieren una latencia de extremo a extremo de varios milisegundos, lo que difiere mucho de los servicios de banda ancha móvil.
Principales escenarios de aplicación de 5G
¿Significa esto que necesitamos una red dedicada para cada servicio? Por ejemplo, una para teléfonos móviles 5G, otra para IoT masivo 5G y otra para IoT de misión crítica 5G. No es necesario, ya que podemos usar la segmentación de red para separar varias redes lógicas de una red física independiente, ¡lo cual es una solución muy rentable!
Requisitos de aplicación para la segmentación de red
A continuación se muestra la sección de red 5G descrita en el libro blanco sobre 5G publicado por la NGMN:
¿Cómo implementamos la segmentación de red de extremo a extremo?
(1) Red de acceso inalámbrico 5G y red central: NFV
En las redes móviles actuales, el dispositivo principal es el teléfono móvil. La RAN (DU y RU) y las funciones centrales se construyen a partir de equipos de red dedicados proporcionados por los proveedores de RAN. Para implementar la segmentación de red, la virtualización de funciones de red (NFV) es un requisito previo. Básicamente, la idea principal de NFV es desplegar el software de funciones de red (es decir, MME, S/P-GW y PCRF en el núcleo de paquetes y DU en la RAN) en máquinas virtuales en servidores comerciales en lugar de por separado en sus dispositivos de red dedicados. De esta manera, la RAN se trata como la nube de borde, mientras que la función central se trata como la nube central. La conexión entre las VMS ubicadas en el borde y en la nube central se configura mediante SDN. Luego, se crea una segmentación para cada servicio (es decir, segmentación de telefonía, segmentación de IoT masiva, segmentación de IoT de misión crítica, etc.).
¿Cómo implementar uno de los métodos de segmentación de red (I)?
La siguiente figura muestra cómo se puede virtualizar e instalar cada aplicación específica del servicio en cada segmento. Por ejemplo, la segmentación se puede configurar de la siguiente manera:
(1) Segmentación UHD: virtualización de servidores DU, núcleo 5G (UP) y caché en la nube perimetral, y virtualización de servidores núcleo 5G (CP) y MVO en la nube central.
(2) Segmentación de telefonía: virtualización de núcleos 5G (UP y CP) y servidores IMS con capacidades de movilidad completas en la nube central.
(3) Segmentación de IoT a gran escala (por ejemplo, redes de sensores): Virtualizar un núcleo 5G simple y ligero en la nube central no tiene capacidades de gestión de movilidad.
(4) Segmentación de IoT de misión crítica: Virtualización de núcleos 5G (UP) y servidores asociados (por ejemplo, servidores V2X) en la nube perimetral para minimizar la latencia de transmisión.
Hasta ahora, hemos necesitado crear segmentos dedicados para servicios con diferentes requisitos. Las funciones de red virtual se ubican en distintas partes de cada segmento (por ejemplo, en la nube perimetral o en la nube central) según las características de cada servicio. Además, algunas funciones de red, como la facturación y el control de políticas, pueden ser necesarias en algunos segmentos, pero no en otros. Los operadores pueden personalizar la segmentación de la red según sus necesidades, probablemente de la forma más rentable.
¿Cómo implementar uno de los métodos de segmentación de red (I)?
(2) Segmentación de red entre la nube perimetral y la nube central: IP/MPLS-SDN
Las redes definidas por software (SDN, por sus siglas en inglés), si bien eran un concepto sencillo en sus inicios, se están volviendo cada vez más complejas. Tomando como ejemplo la superposición (Overlay), la tecnología SDN puede proporcionar conexión de red entre máquinas virtuales en la infraestructura de red existente.
Segmentación de red de extremo a extremo
En primer lugar, analizamos cómo garantizar la seguridad de la conexión de red entre la nube perimetral y las máquinas virtuales de la nube central. La red entre las máquinas virtuales debe implementarse mediante IP/MPLS-SDN y SDN de transporte. En este documento, nos centramos en IP/MPLS-SDN proporcionado por los fabricantes de routers. Tanto Ericsson como Juniper ofrecen productos de arquitectura de red IP/MPLS-SDN. Si bien el funcionamiento es ligeramente diferente, la conectividad entre las máquinas virtuales basadas en SDN es muy similar.
En la nube central se encuentran los servidores virtualizados. En el hipervisor del servidor, se ejecuta el vRouter/vSwitch integrado. El controlador SDN proporciona la configuración del túnel entre el servidor virtualizado y el enrutador DC G/W (el enrutador PE que crea la VPN MPLS L3 en el centro de datos en la nube). Cree túneles SDN (por ejemplo, MPLS GRE o VXLAN) entre cada máquina virtual (p. ej., núcleo IoT 5G) y los enrutadores DC G/W en la nube central.
El controlador SDN gestiona la asignación entre estos túneles y la VPN MPLS L3, como la VPN de IoT. El proceso es el mismo en la nube perimetral, creando una sección de IoT conectada desde la nube perimetral a la red troncal IP/MPLS y, finalmente, a la nube central. Este proceso puede implementarse con tecnologías y estándares maduros y disponibles hasta la fecha.
(3) Segmentación de red entre la nube perimetral y la nube central: IP/MPLS-SDN
Lo que queda ahora es la red fronthaul móvil. ¿Cómo conectamos esta red fronthaul móvil entre la nube de borde y la RU 5G? En primer lugar, es necesario definir la red fronthaul 5G. Se están debatiendo algunas opciones (por ejemplo, la introducción de una nueva red de reenvío basada en paquetes mediante la redefinición de la funcionalidad de DU y RU), pero aún no se ha establecido una definición estándar. La siguiente figura muestra un diagrama presentado en el grupo de trabajo ITU IMT 2020, que ofrece un ejemplo de una red fronthaul virtualizada.
Ejemplo de segmentación de red 5G C-RAN por la Organización de la UIT
Fecha de publicación: 2 de febrero de 2024
