5G को नेटवर्क स्लाइसिंग की आवश्यकता क्यों है, 5G नेटवर्क स्लाइसिंग को कैसे लागू किया जाए?

5G और नेटवर्क स्लाइसिंग
जब भी 5G का ज़िक्र होता है, तो नेटवर्क स्लाइसिंग सबसे ज़्यादा चर्चा में रहने वाली तकनीक होती है। केटी, एसके टेलीकॉम, चाइना मोबाइल, डीटी, केडीडीआई, एनटीटी जैसे नेटवर्क ऑपरेटर और एरिक्सन, नोकिया और हुआवेई जैसे उपकरण विक्रेता, सभी का मानना ​​है कि नेटवर्क स्लाइसिंग 5G युग के लिए आदर्श नेटवर्क आर्किटेक्चर है।
यह नई तकनीक ऑपरेटरों को एक हार्डवेयर अवसंरचना में कई वर्चुअल एंड-टू-एंड नेटवर्क को विभाजित करने की अनुमति देती है, और प्रत्येक नेटवर्क स्लाइस को विभिन्न प्रकार की सेवाओं की विभिन्न विशेषताओं को पूरा करने के लिए डिवाइस, एक्सेस नेटवर्क, ट्रांसपोर्ट नेटवर्क और कोर नेटवर्क से तार्किक रूप से अलग किया जाता है।
प्रत्येक नेटवर्क स्लाइस के लिए, वर्चुअल सर्वर, नेटवर्क बैंडविड्थ और सेवा की गुणवत्ता जैसे समर्पित संसाधनों की पूरी गारंटी होती है। चूँकि स्लाइस एक-दूसरे से अलग-थलग होते हैं, इसलिए एक स्लाइस में त्रुटि या विफलता अन्य स्लाइस के संचार को प्रभावित नहीं करेगी।

5G को नेटवर्क स्लाइसिंग की आवश्यकता क्यों है?
अतीत से लेकर वर्तमान 4G नेटवर्क तक, मोबाइल नेटवर्क मुख्य रूप से मोबाइल फ़ोनों की सेवा करते रहे हैं, और आमतौर पर मोबाइल फ़ोनों के लिए केवल कुछ अनुकूलन ही करते हैं। हालाँकि, 5G युग में, मोबाइल नेटवर्कों को विभिन्न प्रकार और आवश्यकताओं वाले उपकरणों की सेवा करने की आवश्यकता है। उल्लिखित कई अनुप्रयोग परिदृश्यों में मोबाइल ब्रॉडबैंड, बड़े पैमाने पर IoT और मिशन-क्रिटिकल IoT शामिल हैं। इन सभी को विभिन्न प्रकार के नेटवर्क की आवश्यकता होती है और गतिशीलता, लेखांकन, सुरक्षा, नीति नियंत्रण, विलंबता, विश्वसनीयता आदि में इनकी अलग-अलग आवश्यकताएँ होती हैं।
उदाहरण के लिए, एक बड़े पैमाने की IoT सेवा तापमान, आर्द्रता, वर्षा आदि मापने के लिए स्थिर सेंसरों को जोड़ती है। मोबाइल नेटवर्क में मुख्य सेवा देने वाले फ़ोनों के हैंडओवर, स्थान अपडेट और अन्य सुविधाओं की कोई आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, स्वायत्त ड्राइविंग और रोबोट के रिमोट कंट्रोल जैसी महत्वपूर्ण IoT सेवाओं के लिए कई मिलीसेकंड की एंड-टू-एंड लेटेंसी की आवश्यकता होती है, जो मोबाइल ब्रॉडबैंड सेवाओं से बहुत अलग है।

5G के मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य
क्या इसका मतलब यह है कि हमें हर सेवा के लिए एक समर्पित नेटवर्क की ज़रूरत है? उदाहरण के लिए, एक 5G मोबाइल फ़ोनों के लिए, एक 5G बड़े इंटरनेट ऑफ़ थिंग्स (IOT) के लिए, और एक 5G मिशन-क्रिटिकल इंटरनेट ऑफ़ थिंग्स (IOT) के लिए। हमें इसकी ज़रूरत नहीं है, क्योंकि हम नेटवर्क स्लाइसिंग का इस्तेमाल करके एक अलग भौतिक नेटवर्क से कई लॉजिकल नेटवर्क अलग कर सकते हैं, जो कि एक बहुत ही किफ़ायती तरीका है!

नेटवर्क स्लाइसिंग के लिए आवेदन आवश्यकताएँ
एनजीएमएन द्वारा जारी 5जी श्वेत पत्र में वर्णित 5जी नेटवर्क स्लाइस नीचे दिखाया गया है:

हम एंड-टू-एंड नेटवर्क स्लाइसिंग को कैसे कार्यान्वित करते हैं?
(1)5G वायरलेस एक्सेस नेटवर्क और कोर नेटवर्क: NFV
आज के मोबाइल नेटवर्क में, मुख्य उपकरण मोबाइल फ़ोन है। RAN (DU और RU) और कोर फ़ंक्शन, RAN विक्रेताओं द्वारा प्रदान किए गए समर्पित नेटवर्क उपकरणों से निर्मित होते हैं। नेटवर्क स्लाइसिंग को लागू करने के लिए, नेटवर्क फ़ंक्शन वर्चुअलाइज़ेशन (NFV) एक पूर्वापेक्षा है। मूलतः, NFV का मुख्य उद्देश्य नेटवर्क फ़ंक्शन सॉफ़्टवेयर (अर्थात पैकेट कोर में MME, S/P-GW और PCRF और RAN में DU) को उनके समर्पित नेटवर्क उपकरणों में अलग-अलग तैनात करने के बजाय, सभी व्यावसायिक सर्वरों पर वर्चुअल मशीनों में तैनात करना है। इस प्रकार, RAN को एज क्लाउड माना जाता है, जबकि कोर फ़ंक्शन को कोर क्लाउड माना जाता है। एज पर स्थित VMS और कोर क्लाउड में स्थित VMS के बीच कनेक्शन SDN का उपयोग करके कॉन्फ़िगर किया जाता है। फिर, प्रत्येक सेवा (अर्थात फ़ोन स्लाइस, मैसिव IoT स्लाइस, मिशन क्रिटिकल IoT स्लाइस, आदि) के लिए एक स्लाइस बनाई जाती है।

 

नेटवर्क स्लाइसिंग(I) में से किसी एक को कैसे कार्यान्वित करें?
नीचे दिया गया चित्र दिखाता है कि प्रत्येक सेवा-विशिष्ट एप्लिकेशन को प्रत्येक स्लाइस में कैसे वर्चुअलाइज़ और इंस्टॉल किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, स्लाइसिंग को निम्न प्रकार से कॉन्फ़िगर किया जा सकता है:
(1) यूएचडी स्लाइसिंग: एज क्लाउड में डीयू, 5जी कोर (यूपी) और कैश सर्वर का वर्चुअलाइजेशन, और कोर क्लाउड में 5जी कोर (सीपी) और एमवीओ सर्वर का वर्चुअलाइजेशन
(2) फ़ोन स्लाइसिंग: कोर क्लाउड में पूर्ण गतिशीलता क्षमताओं के साथ 5G कोर (UP और CP) और IMS सर्वरों का वर्चुअलाइज़ेशन
(3) बड़े पैमाने पर IoT स्लाइसिंग (जैसे, सेंसर नेटवर्क): कोर क्लाउड में एक सरल और हल्के 5G कोर को वर्चुअलाइज़ करने में कोई गतिशीलता प्रबंधन क्षमता नहीं होती है
(4) मिशन-क्रिटिकल IoT स्लाइसिंग: ट्रांसमिशन विलंबता को न्यूनतम करने के लिए एज क्लाउड में 5G कोर (UP) और संबंधित सर्वर (जैसे, V2X सर्वर) का वर्चुअलाइजेशन
अब तक, हमें अलग-अलग ज़रूरतों वाली सेवाओं के लिए समर्पित स्लाइस बनाने की ज़रूरत पड़ी है। और वर्चुअल नेटवर्क फ़ंक्शन अलग-अलग सेवा विशेषताओं के अनुसार प्रत्येक स्लाइस (जैसे, एज क्लाउड या कोर क्लाउड) में अलग-अलग स्थानों पर रखे जाते हैं। इसके अलावा, कुछ नेटवर्क फ़ंक्शन, जैसे बिलिंग, पॉलिसी नियंत्रण, आदि, कुछ स्लाइस में ज़रूरी हो सकते हैं, लेकिन कुछ में नहीं। ऑपरेटर नेटवर्क स्लाइसिंग को अपनी इच्छानुसार अनुकूलित कर सकते हैं, और शायद यह सबसे किफ़ायती तरीका है।

नेटवर्क स्लाइसिंग(I) में से किसी एक को कैसे कार्यान्वित करें?
(2) एज और कोर क्लाउड के बीच नेटवर्क स्लाइसिंग: आईपी/एमपीएलएस-एसडीएन
सॉफ़्टवेयर परिभाषित नेटवर्किंग, हालाँकि जब इसे पहली बार पेश किया गया था, तब यह एक सरल अवधारणा थी, लेकिन अब यह लगातार जटिल होती जा रही है। ओवरले के उदाहरण को लेते हुए, SDN तकनीक मौजूदा नेटवर्क इंफ्रास्ट्रक्चर पर वर्चुअल मशीनों के बीच नेटवर्क कनेक्शन प्रदान कर सकती है।

एंड-टू-एंड नेटवर्क स्लाइसिंग
सबसे पहले, हम यह देखेंगे कि एज क्लाउड और कोर क्लाउड वर्चुअल मशीनों के बीच नेटवर्क कनेक्शन कैसे सुरक्षित है। वर्चुअल मशीनों के बीच नेटवर्क को IP/MPLS-SDN और ट्रांसपोर्ट SDN पर आधारित होना चाहिए। इस लेख में, हम राउटर विक्रेताओं द्वारा प्रदान किए गए IP/MPLS-SDN पर ध्यान केंद्रित करेंगे। एरिक्सन और जुनिपर दोनों ही IP/MPLS SDN नेटवर्क आर्किटेक्चर उत्पाद प्रदान करते हैं। इनके संचालन थोड़े अलग हैं, लेकिन SDN-आधारित VMS के बीच कनेक्टिविटी बहुत समान है।
कोर क्लाउड में वर्चुअलाइज्ड सर्वर होते हैं। सर्वर के हाइपरवाइजर में, अंतर्निहित vRouter/vSwitch चलाएँ। SDN नियंत्रक वर्चुअलाइज्ड सर्वर और DC G/W राउटर (वह PE राउटर जो क्लाउड डेटा सेंटर में MPLS L3 VPN बनाता है) के बीच टनल कॉन्फ़िगरेशन प्रदान करता है। कोर क्लाउड में प्रत्येक वर्चुअल मशीन (जैसे 5G IoT कोर) और DC G/W राउटर के बीच SDN टनल (अर्थात MPLS GRE या VXLAN) बनाएँ।
इसके बाद, SDN नियंत्रक इन सुरंगों और MPLS L3 VPN, जैसे IoT VPN, के बीच मैपिंग का प्रबंधन करता है। एज क्लाउड में भी यही प्रक्रिया अपनाई जाती है, जिसमें एज क्लाउड से IP/MPLS बैकबोन और कोर क्लाउड तक जुड़ा एक IoT स्लाइस बनाया जाता है। इस प्रक्रिया को अब तक उपलब्ध परिपक्व और उन्नत तकनीकों और मानकों के आधार पर लागू किया जा सकता है।
(3) एज और कोर क्लाउड के बीच नेटवर्क स्लाइसिंग: आईपी/एमपीएलएस-एसडीएन
अब जो बचा है वह है मोबाइल फ्रंटहॉल नेटवर्क। हम इस मोबाइल फ्रंटहोल्ड नेटवर्क को एज क्लाउड और 5G RU के बीच कैसे विभाजित करें? सबसे पहले, 5G फ्रंट-हॉल नेटवर्क को परिभाषित किया जाना चाहिए। कुछ विकल्पों पर चर्चा चल रही है (जैसे, DU और RU की कार्यक्षमता को पुनर्परिभाषित करके एक नया पैकेट-आधारित फॉरवर्ड नेटवर्क शुरू करना), लेकिन अभी तक कोई मानक परिभाषा नहीं बनाई गई है। निम्नलिखित चित्र ITU IMT 2020 कार्य समूह में प्रस्तुत एक आरेख है और एक वर्चुअलाइज्ड फ्रंटहॉल नेटवर्क का एक उदाहरण देता है।

आईटीयू संगठन द्वारा 5G सी-आरएएन नेटवर्क स्लाइसिंग का उदाहरण