Maar wat is network slicing nou eigenlijk?

Technisch gezien kunnen Mobile Network Operators (MNO's) door middel van slicing meerdere virtuele netwerken beheren en bedienen via een gemeenschappelijke, fysieke netwerkinfrastructuur. Het maakt de virtuele partitionering mogelijk van het Radio Access Network (RAN), corenetwerkcomponenten van de Evolved Packet Core (EPC), switching en aggregatienetwerk tot aan de datacenters, waar gebruikerscontent en toepassingen worden gehost.

Een end-to-end orkestratie-engine 'snijdt' virtuele (logische) netwerken uit de fysieke netwerkresources om mobiele Network-as-a-Services (NaaS) te maken die specifiek zijn afgestemd op use-cases. Deze zogenaamde slices worden gekenmerkt door specifieke use-cases die de vereiste netwerkprestaties dicteren wat betreft waarden zoals capaciteit, latentie, beveiliging, duur, betrouwbaarheid en geografische dekking, om er maar te noemen.

Meer use-cases, meet omzetstromen

5G belooft een breed en gevarieerd aantal use-cases te ondersteunen waarvan velen de nogal kostbare bouw van dit mobiele next-generation netwerk moeten rechtvaardigen en financieren. Dit heeft geresulteerd in verschillende, zeer ambitieuze prestatiedoelen voor 5G, zoals al eens in een eerdere blog besproken en zoals hieronder vermeld.

  • Verbindingssnelheden tot 10Gbps naar mobiele apparaten in het veld
  • Tot 1000 keer meer bandbreedte per standaard gebied
  • Tot 100 keer meer verbonden apparaten
  • Een waargenomen netwerkbeschikbaarheid van 99,999%
  • Een waargenomen netwerkdekking van 100%
  • Maximaal 1ms end-to-end heen-en-terug vertraging (latency)
  • Tot 90% vermindering van verbruik van netwerkenergie

Het ambitieuze doel dat de meeste aandacht krijgt in de media is het eerste: 10Gbps voor de mobiele gebruiker. Waarschijnlijk omdat het iets is waar we allemaal persoonlijk van kunnen profiteren. Maar de andere prestatiedoelen zijn zeker net zo belangrijk voor veel van de nieuwe use-cases die naar verwachting drijfveren zullen zijn voor acceptatie van 5G. De volgende use-cases worden vaak opgeworpen als de reden waarom mobiele 5G-netwerken nodig zijn en vice versa.

  • Vast breedbandinternet voor de residentiële markt
  • Autonome, zelfrijdende auto's
  • Betere mobiliteit voor gebruikers (bijvoorbeeld in hogesnelheidstreinen)
  • Omroepdiensten (zoals televisie op mobiele apparaten)
  • Extreme realtime communicatie (zoals tactiel internet, augmented en virtual reality)
  • Cruciale reddingsdiensten (zoals eerstehulpverleners)
  • Uiterst betrouwbare communicatie (zoals eHealth-bewaking op afstand)
  • Massive Internet of Things (zoals Internet of Cows, ja, dit bestaat echt)

Marketinguitdagingen voor 5G use-cases

Migratie van services die op dit moment hun eigen, zelfstandige, draadloze netwerken gebruiken en de creatie van nieuwe services die gebruik zullen maken van de prestaties van het mobiele 5G-netwerk dragen bij aan de opzet van een businesscase voor de nogal grote investeringen die MNO's zullen moeten doen om de vereiste, nieuwe 5G-technologie te implementeren. Het is in de praktijk wellicht veel eenvoudiger om gebruikers nieuwe services te laten gebruiken die niet kunnen worden gefaciliteerd door bestaande 3G- en 4G-netwerken dan om gebruikers te overtuigen over te stappen van hun draadloze netwerken naar 5G-netwerken. Er is namelijk een goede reden waarom ze hun eigen netwerk hebben, zoals controle, aanpassing, beschikbaarheid, betrouwbaarheid, veiligheid, bekendheid en andere kenmerken die zijn geoptimaliseerd voor hun specifieke use-cases die wellicht lastig, als niet onmogelijk kunnen worden gefaciliteerd door bestaande 'best-effort' mobiele netwerkservices.

Laten we bijvoorbeeld even kijken naar eerstehulpverleners waar we op rekenen op het moment dat ze ons leven moet redden in noodgevallen, zoals bij brand, aardbevingen, tornado's, orkanen en helaas steeds vaker voorkomende noodgevallen die met opzet worden veroorzaakt. Deze dappere mensen maken vaak gebruik van communicatieservices die worden geleverd door een speciaal, draadloos netwerk dat is opgezet voor de coördinatie van activiteiten om mensen in nood op de best mogelijke manier te helpen. Het wordt nog een hele klus voor MNO's om deze gebruikers te laten overstappen van hun bewezen en bekende draadloze netwerk dat jarenlang is aangepast aan hun specifieke behoeften. Het argument van kostenbesparing zal niet afdoende zijn om ze te overtuigen hun speciale, draadloze netwerk achter zich te laten en over te stappen op een best-effort mobiel netwerk dat door iedereen wordt gedeeld; tenzij network slicing wordt toegepast omdat dit dezelfde prestaties zal opleveren via een gedeeld, mobiel netwerk.

5G network slicing stelt MNO's in staat virtuele netwerken te bieden via hetzelfde fysieke mobiele netwerk dat door iedereen wordt gebruikt. Het evenaart of verbetert de verwachte netwerkprestaties van het gespecialiseerde netwerk uit het voorbeeld van de eerstehulpverlener hierboven dat wordt vervangen op het gebied van capaciteit, snelheid, latentie en vooral beschikbaarheid.

Voorbeeld: zodra delen van het mobiele netwerk worden platgelegd door een storm, worden communicatieservices voor eerstehulpverleners omgeleid en krijgen ze zeer hoge prioriteit boven alle andere communicatie, al is dat waarschijnlijk wel tegen een hogere prijs. Dit zou ervoor zorgen dat de hoogste netwerkprioriteit naar brandweerlieden zou gaan die met elkaar op de plaats van het noodgeval communiceren en zeer lage prioriteit naar mensen die op diezelfde plaats selfies lopen te maken. Met slicing kan deze prioritering plaatsvinden.

Virtualisatie is de sleutel

5G-netwerken moeten ondersteuning bieden voor allerlei verschillende omzet genererende use-cases, die verschillende prestaties van de netwerkservice vereisen om zo de aanzienlijke investeringen te kunnen beredeneren en financiële levensvatbaarheid op de lange termijn te kunnen waarborgen. Een use-casebenadering helpt ervoor te zorgen dat het nieuwe mobiele 5G-netwerk zeer winstgevend blijft voor de MNO. Want waarom is het anders nodig om het netwerk überhaupt te upgraden? Om deze doelen te realiseren, moeten 5G-netwerken end-to-end en via gevirtualiseerde constructies aanpasbaar, dynamisch en programmeerbaar zijn. Dit wordt mogelijk gemaakt door network slices te implementeren voor elke ondersteunde use-case met prestaties op maat, die autonoom en programmatisch worden aangeroepen. Een compleet flexibel end-to-end mobiel 5G-netwerk stelt MNO's in staat een veel uitgebreider gamma aan communicatieservices te bieden op basis van bestaande en nieuwe use-cases die zorgen voor innovatieve en doorlopende omzetstromen die verder reiken dan alleen connectiviteit en capaciteit.

Mobiele 5G-netwerken zullen waarschijnlijk worden gebaseerd op logische (gevirtualiseerde) bouwblokken in plaats van traditionele, fysieke bouwblokken om de overvloed aan mogelijke bestaande en nieuwe use-cases op een tijdige en kosteneffectieve manier aan te pakken. Dit zorgt ervoor dat nieuwe, innovatieve services sneller op de markt kunnen worden gebracht en dat vroege gebruikers het concurrentievoordeel hebben. MNO's zullen ongetwijfeld goed kijken naar alles wat differentiatie van mobiele netwerkservices doet toenemen, want de commoditisering van mobiele bandbreedte staat al op de deur te kloppen.

SDN- en NFV-bouwblokken

De vele beloofde voordelen die mogelijk worden gemaakt door SDN betekenen uiteindelijk de volledige abstractie van de fysieke netwerkinfrastructuur. Dit maakt het mogelijk om het netwerkgedrag af te stemmen op de vereiste, gegarandeerde serviceprestaties die worden vereist door elk van de ondersteunde use-cases. Network slices kunnen worden geïmplementeerd en worden afgestemd op elk van de vele ondersteunde use-cases in dezelfde pool van fysieke netwerkmiddelen. Hierdoor kunnen MNO's een enkel fysiek netwerk inzetten dat in staat is om een bredere serviceportfolio te ondersteunen en de doorlopende omzetstromen zo op een zeer kosteneffectieve wijze te diversifiëren, uit te breiden en te laten groeien. Zeg vaarwel tegen een enkele mobiele netwerkinfrastructuur die voornamelijk best-effort services biedt aan alle gebruikers, wat het aantal en het type mogelijke en ondersteunde use-cases enorm aan banden legt.

NFV maakt het mogelijk om netwerkfuncties uitsluitend via software in te zetten en te implementeren in plaats van fysieke apparaten aan te schaffen, te verzenden, te installeren en op te schalen. Een van de meest veelbelovende voordelen van NFV is de mogelijkheid om verschillende Virtual Network Functions (VNF's) uit te voeren, ongeacht de fysieke locatie. Dat houdt in dat VNF's kunnen worden ingezet en uitgevoerd in delen van het bredere netwerk voor elke network slice, waar dit het meest logisch is wat betreft prestaties, kosten, betrouwbaarheid, beschikbaarheid en veiligheid.

Veiligheidskwesties en uitdagingen

5G network slicing wordt gebaseerd op het delen van dezelfde achterliggende, fysieke netwerkinfrastructuur door verschillende use-cases op basis van logica te onderscheiden. Dat betekent dat eindgebruikers er behoorlijk zeker van moeten zijn dat hun netwerkverkeer volledig en veilig is afgesloten van de buitenwereld, vooral voor een aantal nieuwere use-cases, zoals de hierboven beschreven use-case van de eerstehulpverlener. Bij de uitdaging van beveiliging komen de juiste keuze en implementatie van technologie kijken, maar ook omgang met de zorgen van degenen die iets meer paranoïde zijn, is belangrijk. Alle gebruikers van alle use-cases overtuigen hetzelfde netwerk te delen wordt ongetwijfeld een uitdaging die MNO's zullen moeten overwinnen, maar het is te doen als het 5G-netwerk goed wordt ontworpen, geslicet en beveiligd voor de verschillende use-cases. De implementatie van netwerkbeveiligingstechnologie is één ding. Een aantal gebruikers overtuigen dat hun verstuurde data veilig zijn, is iets heel anders. Het is mogelijk, zij het met aanzienlijke tijdsinvesteringen (en geld).

Orkestratie

MNO's willen tegen de laagst mogelijk kosten services kunnen inzetten, beheren en aanbieden zonder daarbij te moeten inleveren wat betreft de kwaliteit van de service of de ervaring van hun klanten. Dit houdt in dat 5G-netwerken moeten worden beheerd op een geautomatiseerde en georkestreerde wijze vanuit het standpunt van serviceprovisioning. Orkestratie van netwerkserviceconnectiviteit in combinatie met aaneengesloten netwerkfuncties vereist ondersteuning voor het beheer van meerdere domeinen en leveranciers. Iedere 5G-slice vergt netwerkprestaties per use-case en moet worden geleverd via afzonderlijke, fysieke en logische knooppunten vanuit verschillende leveranciers. Dit is precies waarbij het concept van openheid MNO's zal helpen sneller en eenvoudiger 5G network slices en bijbehorende netwerkservices te implementeren. Open, gestandaardiseerde software-interfaces en Multi-Domain Service Orchestration (MDSO) zullen de sleutel vormen tot use-casegerichte 5G-netwerktechnologie en bedrijfsmodellen.

De 5G-netwerktaart verdelen

Het 5G-concept van gedeelde, fysieke netwerkresources virtueel 'opdelen' bestaat al tientallen jaren in de vorm van Virtual Private Networks (VPN's) via pakketgebaseerde LAN's en WAN's.

Er is niets nieuws onder de zon! Nou, zo eenvoudig is het niet.

Er komt veel meer kijken bij 5G network slicing en de uitdagingen zijn veel groter dan bij traditionele VPN's omdat er een combinatie van verschillende soorten bestaande en opkomende netwerktechnologieën mee gemoeid gaan die betrekking hebben op draadloos, bekabeld, RAN, EPC, SDN, NFV, optisch, kleine cellen… en die inherent zijn aan use-cases die veel veeleisender zijn; use-cases waar we nu nog niet eens weet van hebben. Afgezien van de immense technologische uitdagingen van network slicing, wordt het door velen gezien als de beste manier om de investeringen in 5G te rechtvaardigen omdat het een keur aan bestaande en nieuwe use-cases mogelijk maakt die deze investeringen zowel nu als in de toekomst rechtvaardigen.

Referenties: “Understanding 5G - Perspectives on Future Technological Advancements in Mobile”, December 2014 (GSMA Intelligence)