La commercializzazione delle reti mobili di quinta generazione si è spostata in modo decisivo oltre l'enfasi iniziale su una banda mobile potenziata per i consumatori. Le imprese che si trovano in una rete virtuale, logistica, energia e sanità distribuiscono 5G su scala, i limiti di un'architettura di rete unica-adattata sono diventati sempre più evidenti.

Ricostruire la Rete Slice Architettura

Lo slicing di rete non è una singola caratteristica ma piuttosto un framework di orchestrazione che abbraccia la rete di accesso radio, la rete di trasporto e la rete centrale. Il 3rd Generation Partnership Project ([3GPP[]]) ha una rete standardizzata che si affligge dal rilascio 15, definendolo come una rete logica che fornisce specifiche capacità di rete e caratteristiche di rete.

I tre domini operativi

Un'istanza di fetta di rete singola è composta da tre domini principali che devono essere configurati e gestiti in concerto:

  • Rete di accesso radio (RAN) Slice: Il RAN è spesso il dominio più limitato per la slicing. Le fette diverse devono essere in modo efficiente multiplexed sopra lo stesso spettro fisico. Ciò richiede algoritmi di pianificazione avanzati all'interno della programmazione gNB (5G stazione base) che possono dare priorità alle risorse basate sull'accordo di servizio-lavel della fetta.
  • Rete di trasporto (TN) Slice:[ Le reti di backhaul e midhaul che collegano il RAN al core devono fornire latenza deterministica e la larghezza di banda dedicata. Tecnologie come FlexEthernet e Segment Routing su IPv6 (SRv6) sono utilizzate per creare percorsi di trasporto isolati che garantiscono le specifiche fette di vettore industriale o di latenza richieste da parte di budget
  • Core Network (CN) Slice:[] La rete centrale ospita la funzione di selezione delle ferite di rete (NSSF), che autentica l'apparecchiatura dell'utente (UE) e lo indirizza al corretto sistema di adattamento di rete. Ogni istanza può contenere funzioni di pianificazione dell'utente dedicate (UPF) per il trattamento del traffico e funzioni di gestione delle sessioni dedicate (SMF) per il controllo di segnalazione, assicurando che la posizione di una fetta di una delle parti di sicurezza non influisce.

Il ruolo di Single Network Slice Selezione Informazioni di Assistenza (S-NSSAI)

Identificazione e selezione sono fondamentali per l'architettura di taglio. Ogni fetta è identificata da un valore di Assistenza per la Selezione delle Slice di Rete (S-NSSAI) . Un dispositivo utente include la sua richiesta o configurata S-NSSAI nella richiesta di registrazione iniziale. L'infrastruttura di rete utilizza questo identificatore per selezionare le funzioni di rete core appropriate e per applicare le corrette politiche di risorsa radio dalla prima connessione.

Industria Verticali e profilati di fetta su misura

Il vero valore commerciale della rete slicing è realizzato quando queste capacità tecniche sono mappate agli specifici Indicatori di Performance Key (KPI) di verticali di settore distinte. Ogni settore richiede una specifica miscela delle tre categorie di servizi 5G principali: eMBB, URLLC e mMTC.

Ampliamento della banda larga mobile (eMBB) per i media e l'intrattenimento

Per le trasmissioni sportive dal vivo, una fetta dedicata può garantire un collegamento costante di 100 Mbps per le telecamere 4K o 8K, bypassando percorsi internet pubblici congestionati e garantendo feed di contributo affidabili da stadi. In logistica o al dettaglio, una fetta di eMBB combinata con Mobile Edge Compute (MEC) supporta applicazioni di realtà aumentata (AR) che raggiungono l'impresa.

Comunicazione a bassa risoluzione (URLLC) ad ultra-rilievo per l'automazione industriale

Le fette di URLLC mirano a una latenza di andata e ritorno di 1 a 5 millisecondi e ad un'affidabilità di trasmissione dati del 99,999%, che rappresentano le configurazioni di fettine più impegnative.

  • Manufacturing:[ In una fabbrica intelligente, una fetta di URLLC collega un controllore di logica programmabile centrale (PLC) a braccia robotiche e veicoli guidati automatizzati (AGVs). Questa configurazione sostituisce costosi e inflessibili bus di campo cablati, consentendo linee di produzione riconfigurabili. La fetta deve garantire il jitter deterministico per supportare processi di sincronizzazione temporale per rete (TSN)
  • Energia:[] Le griglie intelligenti richiedono una comunicazione altamente affidabile per il rilevamento e l'isolamento dei guasti. Una fetta di URLLC dedicata assicura che i relè protettivi e i sistemi di automazione delle sottostazione possano comunicare entro millisecondi, impedendo i blackout su larga scala.
  • Healthcare:[] I sistemi di chirurgia e feedback aptici rappresentano il caso di utilizzo più critico della sicurezza. Una fetta di URLLC isola i segnali di controllo del robot chirurgico da tutto il traffico di rete. Questo isolamento è necessario non solo per la latenza ma anche per la sicurezza; una violazione in una fetta di produzione non deve essere in grado di influenzare una fetta chirurgica.

Comunicazione di tipo macchina massiccio (mMTC) per la logistica e l'agricoltura

Le fette mMTC sono ottimizzate per un'elevata densità di connessione e per un'efficienza energetica, progettate per supportare fino a un milione di dispositivi per chilometro quadrato con una durata di dieci anni di batteria.

  • Logistics:[] Un fornitore di logistica può distribuire una fetta mMTC nazionale per tracciare milioni di container, pallet e pacchi utilizzando sensori a basso costo, alimentati a batteria. La fetta è configurata per una copertura interna profonda e bassi tassi di dati, trasmettendo solo pochi byte di dati di posizione e temperatura al giorno.
  • Agricoltura intelligente:[[] I sensori di umidità del suolo, i monitor per la salute del bestiame e i dispositivi di imaging a base di droni funzionano su una singola fetta mMTC. L'obiettivo di durata della batteria estesa riduce significativamente il costo operativo di mantenere le reti dei sensori sparse su migliaia di acri.

Automobilistico e veicolo-tutto (V2X)

L'industria automobilistica richiede una fetta ibrida che può distribuire dinamicamente le risorse. La comunicazione V2X richiede un URLLC per messaggi di sicurezza come l'evitazione della collisione e la frenata di emergenza. Allo stesso modo, lo stesso veicolo richiede una connessione eMBB per l'infotainment e la telemetria dei passeggeri.

Il ruolo di SDN, NFV e Cloud-Native Orchestration

La riduzione della rete è fondamentalmente un risultato del più ampio spostamento dell'industria delle telecomunicazioni verso l'infrastruttura virtualizzata e definita dal software.

Funzioni di rete Virtualizzazione (NFV)]] funzioni di rete decouples come UPF e SMF da elettrodomestici hardware dedicati, permettendo loro di eseguire come istanze software su server commerciali off-the-shelf. Questo consente a un operatore di istantanare o abbattere automaticamente un insieme completo di funzioni di rete per una specifica fetta in pochi minuti.

Software-Defined Networking (SDN)] fornisce lo strato di trasporto programmabile. Un controller SDN centralizzato programma i switch di rete di trasporto per creare percorsi dedicati e isolati per ogni fetta, rafforzando rigide garanzie di larghezza di banda e latenza attraverso un'infrastruttura multi-tenant. La combinazione di NFV e SDN consente all'orchestratore di costruire una rete di configurazione a catena di fetta di fine-fine

Rivolgersi alle sfide di sicurezza e isolamento critico

Mentre i vantaggi della rete sono significativi, l'architettura introduce una superficie di attacco più grande e complesse esigenze di sicurezza. Il principio fondamentale che governa la slicing sicuro è slice isolamento.

RAN-Level Isolation:[ Nello strato radio, diverse fette condividono le stesse antenne e spettro. Un attacco denial-of-service lanciato contro una fetta potrebbe potenzialmente affamare un'altra fetta di risorse radio se i meccanismi di isolamento sono deboli.

Core Network Isolation:[] Le fette di rete possono condividere funzioni di rete core o avere funzioni completamente dedicate. Le funzioni condivise, come una funzione comune di gestione dell'accesso e della mobilità (AMF), offrono un migliore utilizzo delle risorse. Le funzioni dedicate offrono un maggiore isolamento.Per gli inquilini ad alta sicurezza, come le agenzie governative o i contraenti della difesa, le funzioni di rete completamente dedicate con la separazione fisica sono spesso obbligatori.

Autenticazione e Autorizzazione Inter-Slice: L'orchestratore deve applicare politiche severe per impedire un inquilino in una sola fetta di accesso ai dati o al piano di controllo di un'altra fetta. Questo requisito è analogo all'isolamento VLAN nelle reti Ethernet aziendali, ma deve essere applicato in una vasta area, multi-accesso rete 5G.

Modelli aziendali e la vendita di reti

Il passaggio da un modello di connettività a un unico formato a un modello di slicing-as-a-service richiede una revisione fondamentale dei Sistemi di Supporto per le Imprese dell'operatore (BSS).

Dynamic Slice Ordinazione: I modelli di abbonamento tradizionali sono statici. La slicing di rete consente l'ordine dinamico e on-demand. Un'impresa dovrebbe essere in grado di accedere a un portale operatore, definire i suoi requisiti in termini di latenza, dispositivi, area di copertura e durata, e ricevere un preventivo per la fetta.

Modelli di registrazione e contabilizzazione:[] La fatturazione per le fette è radicalmente diversa dalla fatturazione per i piani di dati standard.

  • SLA Compliance:[] Il prezzo è legato direttamente alle prestazioni garantite, come ad esempio un "Gold SLA" con affidabilità del 99,999%.
  • Durata:] Caricamento entro l'ora o il giorno per una fetta temporanea di evento.
  • Densità di connessione:[] Carica per dispositivo IoT collegato alla fetta mMTC.
  • Troughput:[] Le fette di bit rate garantite (GBR) per la produzione video richiedono la ricarica per la larghezza di banda impegnata.

La tabella di marcia tecnologica: 5G-Avanzato e 6G

La slicing di rete non è una tecnologia statica, continua ad evolversi rapidamente come 3GPP Release 18 e 19 (collettivamente noto come 5G-Advanced) introduce miglioramenti significativi.

Selezione della ferita di rete migliorata

Gli standard futuri supportano criteri di selezione più granulari, consentendo ad un singolo dispositivo di connettersi a più fette contemporaneamente in base all'applicazione utilizzata. Un taxi auto-guida, ad esempio, potrebbe utilizzare una fetta di eMBB per l'intrattenimento passeggeri, una fetta di URLLC per il controllo di guida in tempo reale, e una fetta di mC per la segnalazione di telemetria, il tutto contemporaneamente.

AI/ML per la gestione delle fettine predittive

L'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico dovrebbero trasformare l'orchestrazione a fette da un modello reattivo a un modello predittivo e a zero-touch. L'automazione a ciclo chiuso permetterà alla rete di prevedere le violazioni SLA causate da picchi di traffico o da interferenze radio e di realizzare le risorse proattivamente. La rete può imparare i modelli di traffico nel tempo e ottimizzare il posizionamento delle funzioni di rete virtuale e l'assegnazione delle risorse radio per ridurre al minimo il consumo energetico mantenendo le prestazioni.

Integrazione con Edge Computing

Il potenziale completo di slicing della rete è realizzato quando è strettamente associato con [Multi-Access Edge Computing (MEC)[]. Con l'implementazione di un server locale di elaborazione e applicazione come parte di una specifica fetta, il traffico viene interrotto localmente, raggiungendo la latenza sub-milliseconda.

Affettare in 6G

Per quanto riguarda il 6G, l'ambiente ITU-R IMT-2030 framework include esplicitamente la rete che si affligge come una capacità di base, predisponendo un'ulteriore evoluzione della granularità e del dinamismo.

L'evoluzione delle reti mobili verso l'infrastruttura programmabile e definita dal software sta cambiando in modo invisibile il rapporto tra gli operatori e i loro clienti aziendali. La riduzione della rete è lo strumento principale di questo cambiamento. Con l'attivazione di reti virtuali ad alte prestazioni con livelli di servizio garantiti, l'affilamento consente alle industrie di digitalizzare e automatizzare a una scala che era precedentemente impossibile.