SDN と 5G が出会うと、どのような火花が散るでしょうか?

SDN は、従来の IP ネットワークに大きな変化をもたらします。これは、3 つの側面で IP ネットワークに広範囲な影響を及ぼします。まず、ネットワークをプログラム可能にします。ノースバウンド インターフェイスを提供することで、アプリケーションはニーズに応じてネットワークを調整し、ネットワークの革新を促進できます。 2 番目に、コントロール プレーンが集中化されています。集中型制御プレーンはネットワークのグローバルビューを持ち、IP ネットワークのセグメント化された自律性と無秩序性を解決します。最後に、制御プレーンが転送プレーンから分離されているため、転送プレーンの動作を抽象化し、標準のサウスバウンド インターフェイスを使用することで、転送プレーンを可能な限り汎用的かつ簡素化できます。

従来の IP ネットワークは、ビジネス ニーズに応じて展開および起動された後、ネットワークに対するビジネス需要が変化すると、対応するネットワーク機器 (ルーター、スイッチ、ファイアウォール) の構成を再度変更する必要があり、非常に面倒な作業となります。インターネット/モバイルインターネットのビジネス環境は急速に変化しており、ネットワークの高安定性と高性能だけではビジネスニーズを満たすことができません。柔軟性と俊敏性がより重要になります。 SDN の導入後、ネットワーク デバイスの制御権限は、基盤となるネットワーク デバイスに依存せずに、集中型コントローラーによって分離および管理できるため、基盤となるネットワーク デバイスとの違いが隠蔽されます。制御は完全にオープンであり、ユーザーは実装したいネットワーク ルーティングと転送ルール戦略をカスタマイズできるため、より柔軟でインテリジェントになります。 SDN ネットワークでは、ネットワーク デバイスの構成が大幅に簡素化されます。デバイスのポートとリンクは、デフォルトのプロトコルを通じて自動的に検出されます。アプリケーションは、ニーズに応じて単純なネットワーク ルールを定義するだけで済みます。 SDN は、ビジネス ロジックに基づくオープン プログラミング インターフェイスを提供し、ネットワークを「パイプライン」として開発することを可能にします。将来、クラウド コンピューティングのビジネス アプリケーション モデルが「クラウド - パイプ - エンド」に簡素化されれば、SDN は「パイプ」リンクの重要な技術サポートになります。 SDN はデータセンター ネットワークで広く使用されています。データセンターのトラフィック特性を考慮すると、SDN テクノロジを使用すると、ネットワークの帯域幅利用率を大幅に向上できます。 SDN はネットワーク構成を大幅に簡素化し、運用・保守コストを削減できるため、メトロポリタンエリアネットワークやアクセスネットワークなどの分野でも顕著な成果を上げています。

4Gネットワ​​ークの進化に伴い、CloudRANや将来の5Gネットワ​​ークの形態がますます明確になってきています。 xHaul ネットワークは、単一のバックホール ネットワークから、フロントホール、バックホール、および CO (中央オフィス) 内のスイッチング ネットワークを伝送するネットワークへと進化しました。モバイル ネットワークでは、エンドツーエンドのサービス保証がより重視されます。 xHaul ネットワークは複数のネットワーク要素/コンピューティング ノード間でデータ転送を実行し、プロセス全体を通じてデータ パケットの QOS を保証する必要があります。 SDN テクノロジーを使用すると、ネットワーク全体にわたってネットワーク リソースのスケジュールを調整できるため、エンドツーエンドのサービス保証が提供されます。モバイルネットワーク自体は、コントロールプレーンとデータプレーンの分離、サービスとベアラの分離という特徴を持ち、SDNの概念を本質的に備えています。 3GPP 仕様では、GSM ネットワークの BSC や UMTS ネットワークの RNC など、ネットワーク コントローラのネットワーク要素も明確に定義されています。しかし、ベアラネットワークは歴史的に固定ネットワーク伝送部分に属していたため、オープンな統一インターフェースは存在しません。さらに、これらの伝送デバイスはさまざまなメーカーから提供されているため、RAN ネットワーク コントローラ BSC/RNC はベアラ ネットワークに対する制御が非常に制限され、ネットワーク全体のサービス保証要件を満たすことができません。

そのため、将来の無線ネットワークにおけるベアラネットワークとして、5G xHaulは、ネットワークオープンプログラミング、コントロールプレーンの集中化、制御と転送の分離といった基本的なニーズを解決するためにSDN技術を導入する必要があるだけでなく、将来の5G指向のビジネスの多様化、数千億のIoTビジネス接続、産業用制御/ARVRの超低遅延に対応するために、伝送ネットワークのSDN技術をRANネットワークと深く統合する必要もあります。

5G xHaul ネットワークには、ワイヤレス ネットワーク独自の特性があります。データセンターや固定ネットワークベアラを主なアプリケーションシナリオとして設計された現在の SDN アーキテクチャでは、特に 5G 時代のワイヤレスのすべての要件を完全に満たすことはできません。 xHaul コントローラとベアラ ネットワークの伝送機器は、次の要件を満たす必要があります。

1. 複数ネットワークの融合スケジューリング

5G xHaul ネットワークは、既存のバックホール ネットワークを継承し、いくつかの新しいネットワークを構築または強化します。したがって、光波長分割（PON）装置、マイクロ波ベースの mmW 装置、ギガビットレベルのイーサネット、TDM ベースのポイントツーポイント装置など、複数の伝送技術が共存することになります。 5G xHaul ネットワークは、異種の伝送リソース間でグローバル リソース スケジューリングを実行し、サービスに合った最適な伝送パスを割り当て、複数の伝送技術間の調整を実現して、動的な調整、エネルギー節約、信頼性の向上という目標を達成できる必要があります。

2. 5G xHaulネットワークのエンドツーエンドのスライシング

5G の多様なサービスの QOS 要件は大きく異なりますが、RAN ネットワークとコア ネットワークにはすでにこの問題を解決するためのスライシング テクノロジーが備わっています。従来のベアラ ネットワークでは、単純なリソース予約を行うか、QOS の差別化されたサービスしか提供できません。ネットワーク リソースの使用は依然としてプリエンプティブであり、提供される QOS サービスは制限されています。ネットワーク要素またはコンピューティング ノードを接続するベアラ ネットワークとして、xHaul はスライスに影響を与えることなく、異なるスライスに個別の QOS 機能を提供できる必要があり、この機能はネットワーク全体で利用できます。この困難な目標を達成するために、xHaul ネットワークは、伝送機器のリソースとネットワーク トポロジを物理的および論理的にスライスし、スライスごとに QOS 管理を実装し、各サービス タイプを一致させるスライス機能も提供する必要があります。

3. 超低遅延ネットワークの制御

CPRI は、専用の帯域幅と遅延が保証された固定レートに基づくテクノロジーです。 CPRI がパケット化された後、特に極めて低い遅延が求められる産業用制御や AR/VR などの一部の 5G サービスでは、QOS の品質を低下させることはできません。 5G xHaul は、ビジネス ニーズを満たすために、コントローラによるネットワーク全体の統一されたスケジューリングを通じて、特定の転送パスと特定のスライスでの最適な転送遅延を提供する機能を提供する必要があります。

4. 帯域幅とレイテンシの最適化に基づくルーティングアルゴリズム

既存の SDN テクノロジーでは、ルーティング アルゴリズムに単一の戦略しかなく、最短パスまたはコストを考慮した最適パスしか選択できません。 5G xHaul ネットワークでは、帯域幅の保証とレイテンシの最適化を備えたルーティング アルゴリズムを提供する必要があります。このアルゴリズムは、入力された帯域幅パラメータとレイテンシパラメータに基づいてエンドツーエンドの帯域幅予約とレイテンシ参照を計算し、ビジネス用途に最適なパスを選択します。

5. 無線と伝送リソースの迅速な連携

モビリティと無線インターフェース品質の特性が急速に変化するため、ワイヤレス ネットワークでは 5G xHaul ネットワークを迅速に調整する必要があります。この調整は、一般的な伝送ネットワークの動的構成とは異なります。非常に高い周波数を持っています。たとえば、ユーザーが高速でセルを切り替えたり、混雑したエリアでセルの負荷が変化したりする場合、5G xHaul は迅速に応答し、新しい最適なパスに調整する必要があります。これにより、無線リソースと伝送リソース間の連携に高い要求が課せられます。現在の SDN コントローラは、ノースバウンド インターフェイスを介してこのシナリオを満たすことはほとんどできません。 5G xHaul ネットワークは、無線制御ユニットと伝送ネットワーク制御ユニットを 1 つに統合する統合コントローラを提供し、高速な連携を実現します。

6. QOSパフォーマンスのリアルタイム監視

サービスエクスペリエンスが変化すると、ネットワークはそれを事前に認識する必要があります。 5G xHaul では、サービス リンク上のパケット損失、遅延、スループットの変化を迅速に検出し、ネットワーク制御ユニットにリアルタイムのフィードバックを提供して、タイムリーな調整を行い、伝送ネットワークを最適化できる必要があります。既存のものと同様の IPPM テクノロジーを採用し、新しい SDN アーキテクチャに合わせてレイテンシ、スループット、パケット損失率をさらに向上させます。

7. 洗練されたネットワーク管理

5G サービスの伝送に対応するために、xHaul ネットワークはよりインテリジェントになります。スライシングと低レイテンシの要件をサポートするために、従来の SDN フロー テーブル リソースに加えて、スイッチング ノードは、メッセージを処理するスイッチのスレッド、キューの深さ、バッファー、論理ポートなど、コントローラーが均一にスケジュールするためのインターフェイスをさらに開きます。 SDN コントローラは、これらのリソースをグローバルに統一して細かく管理することで、ネットワーク全体のエンドツーエンドの正確な QOS 制御を実現できます。

8. Openflowプロトコル拡張

Openflow プロトコルは、既存の SDN アーキテクチャにおける標準のサウスバウンド インターフェイスであり、SDN コントローラと SDN スイッチ間の通信に使用され、構成とクエリを完了します。 Openflow プロトコルは、一連の一致アクションで構成されるデータ プレーン メッセージ転送を抽象化します。メッセージはフロー テーブルと一致し、対応するアクションを実行してデータ プレーン転送タスクを完了します。 5G xHaul ネットワークでは、GTPU トンネルのサポートや、Fronthaul-Split 後の新しいカプセル化とアクションなど、データ プレーンの動作の抽象化をさらに拡張する必要があります。したがって、Openflow プロトコルはワイヤレス サービスに合わせて拡張する必要があります。