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

5G और नेटवर्क स्लाइसिंग
जब 5G का व्यापक रूप से उल्लेख किया जाता है, तो नेटवर्क स्लाइसिंग उनमें से सबसे अधिक चर्चा की जाने वाली तकनीक है। KT, SK टेलीकॉम, चाइना मोबाइल, DT, KDDI, NTT 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 प्रौद्योगिकी 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 तरह से गारंटी दी जाती है। चूंकि स्लाइस एक दूसरे से अलग-थलग 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 फोन की सेवा करते हैं, और आम तौर पर मोबाइल फोन के लिए केवल कुछ अनुकूलन करते हैं। हालाँकि, 5G युग में, मोबाइल नेटवर्क को विभिन्न प्रकार और आवश्यकताओं के 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 अलग-अलग आवश्यकताएँ होती हैं।
उदाहरण के लिए, एक बड़े पैमाने पर आईओटी सेवा तापमान, आर्द्रता, वर्षा आदि को मापने के लिए निश्चित सेंसर को जोड़ती है। मोबाइल नेटवर्क में मुख्य सेवारत फोन के हैंडओवर, स्थान अपडेट और अन्य सुविधाओं की कोई आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, मिशन-महत्वपूर्ण आईओटी सेवाओं जैसे कि स्वायत्त ड्राइविंग और रोबोट के रिमोट कंट्रोल के लिए कई मिलीसेकंड की एंड-टू-एंड विलंबता की आवश्यकता होती है, जो मोबाइल ब्रॉडबैंड सेवाओं से बहुत अलग है।

5G के मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य
क्या इसका मतलब यह है कि हमें प्रत्येक सेवा के लिए एक समर्पित नेटवर्क की आवश्यकता है? उदाहरण के लिए, एक 5G मोबाइल फोन की सेवा करता है, एक 5G बड़े पैमाने पर IoT की सेवा करता है, और एक 5G मिशन महत्वपूर्ण IoT की सेवा करता है। हमें इसकी आवश्यकता नहीं है, क्योंकि हम एक अलग भौतिक नेटवर्क से कई तार्किक नेटवर्क को अलग करने के लिए नेटवर्क स्लाइसिंग का उपयोग कर सकते हैं, जो एक बहुत ही लागत प्रभावी दृष्टिकोण 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 का क्रियान्वयन कैसे करते हैं?
(1)5G वायरलेस एक्सेस नेटवर्क और कोर नेटवर्क: NFV
आज के मोबाइल नेटवर्क में, मुख्य डिवाइस मोबाइल फोन है। RAN (DU और RU) और कोर फ़ंक्शन RAN विक्रेताओं द्वारा प्रदान किए गए समर्पित नेटवर्क उपकरणों से बनाए गए हैं। नेटवर्क स्लाइसिंग को लागू करने के लिए, नेटवर्क फ़ंक्शन वर्चुअलाइज़ेशन (NFV) एक शर्त है। मूल रूप से, NFV का मुख्य विचार नेटवर्क फ़ंक्शन सॉफ़्टवेयर (यानी पैकेट कोर में MME, S/P-GW और PCRF और RAN में DU) को उनके समर्पित नेटवर्क डिवाइस में अलग से रखने के बजाय वाणिज्यिक सर्वर पर वर्चुअल मशीनों में तैनात करना है। इस तरह, RAN को एज क्लाउड के रूप में माना जाता है, जबकि कोर फ़ंक्शन को कोर क्लाउड के रूप में माना जाता है। एज और कोर क्लाउड में स्थित VMS के बीच कनेक्शन SDN का उपयोग करके कॉन्फ़िगर किया गया है। फिर, प्रत्येक सेवा के लिए एक स्लाइस बनाई जाती है (यानी फोन स्लाइस, मैसिव IoT स्लाइस, मिशन क्रिटिकल IoT स्लाइस, आदि)।

 

नेटवर्क स्लाइसिंग(I) में से किसी एक को कैसे कार्यान्वित करें?
नीचे दिया गया चित्र दिखाता है कि प्रत्येक सेवा-विशिष्ट एप्लिकेशन को किस प्रकार वर्चुअलाइज़ किया जा सकता है और प्रत्येक स्लाइस में 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 को वर्चुअलाइज़ करना, और कोर क्लाउड में 5जी कोर (सीपी) और एमवीओ सर्वर को वर्चुअलाइज़ करना
(2) फ़ोन स्लाइसिंग: कोर क्लाउड में पूर्ण गतिशीलता क्षमताओं के साथ 5G कोर (यूपी और सीपी) और आईएमएस सर्वर का वर्चुअलाइज़ेशन
(3) बड़े पैमाने पर आईओटी स्लाइसिंग (जैसे, सेंसर नेटवर्क): कोर क्लाउड में एक सरल और हल्के 5 जी कोर को वर्चुअलाइज़ करने में कोई गतिशीलता प्रबंधन क्षमता नहीं है
(4) मिशन-क्रिटिकल आईओटी स्लाइसिंग: ट्रांसमिशन विलंबता को कम करने के लिए एज क्लाउड में 5G कोर (यूपी) और संबंधित सर्वर (जैसे, वी2एक्स सर्वर) का वर्चुअलाइजेशन
अब तक, हमें अलग-अलग ज़रूरतों वाली सेवाओं के लिए समर्पित स्लाइस बनाने की ज़रूरत पड़ी है। और वर्चुअल नेटवर्क फ़ंक्शन को अलग-अलग सेवा विशेषताओं के अनुसार प्रत्येक स्लाइस (यानी, एज क्लाउड या कोर क्लाउड) में अलग-अलग स्थानों पर रखा जाता है। इसके अलावा, कुछ नेटवर्क फ़ंक्शन, जैसे बिलिंग, पॉलिसी कंट्रोल, आदि कुछ स्लाइस में ज़रूरी हो सकते हैं, लेकिन अन्य में नहीं। ऑपरेटर नेटवर्क स्लाइसिंग को अपनी इच्छानुसार कस्टमाइज़ कर सकते हैं, और शायद सबसे किफ़ायती तरीका।

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, हालांकि जब इसे पहली बार पेश किया गया था, तब यह एक सरल अवधारणा थी, लेकिन यह लगातार जटिल होती जा रही है। ओवरले के रूप को एक उदाहरण के रूप में 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 देखते हैं कि एज क्लाउड और कोर क्लाउड वर्चुअल मशीनों के बीच नेटवर्क कनेक्शन सुरक्षित कैसे हो। वर्चुअल मशीनों के बीच नेटवर्क को IP/MPLS-SDN और ट्रांसपोर्ट SDN के आधार पर लागू किया जाना चाहिए। इस पेपर में, हम राउटर विक्रेताओं द्वारा प्रदान किए गए IP/MPLS-SDN पर ध्यान केंद्रित करते हैं। एरिक्सन और जुनिपर दोनों ही IP/MPLS SDN नेटवर्क आर्किटेक्चर उत्पाद प्रदान करते हैं। संचालन थोड़ा अलग है, लेकिन SDN-आधारित VMS के बीच कनेक्टिविटी बहुत समान है।
कोर क्लाउड में वर्चुअलाइज्ड सर्वर होते हैं। सर्वर के हाइपरवाइजर में, बिल्ट-इन vRouter/vSwitch चलाएँ। SDN कंट्रोलर वर्चुअलाइज्ड सर्वर और DC G/W राउटर (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 (यानी 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, एज क्लाउड से IP/MPLS बैकबोन और कोर क्लाउड तक जुड़ा एक IoT स्लाइस बनाया जाता है। इस प्रक्रिया को अब तक परिपक्व और उपलब्ध 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 एज क्लाउड और 5G RU के बीच इस मोबाइल फ्रंटहोल्ड नेटवर्क को कैसे काटें? सबसे पहले, 5G फ्रंट-हॉल नेटवर्क को पहले परिभाषित किया जाना चाहिए। चर्चा के तहत कुछ विकल्प हैं (जैसे, DU और RU की कार्यक्षमता को फिर से परिभाषित करके एक नया पैकेट-आधारित फ़ॉरवर्ड नेटवर्क पेश 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 वर्चुअलाइज़्ड फ़्रॉनहॉल नेटवर्क का एक उदाहरण देता है।

ITU संगठन द्वारा 5G C-RAN नेटवर्क स्लाइसिंग का उदाहरण