مهاجرت از شبکه فیزیکی به مجازی

مشکلات و ریسک‌ها

•  تضمین قرارداد سطح کاربر یا همان SLA
•  نتایج مربوط به یکپارچه‌سازی محصولات
•  ریسک افزایش هزینه مالکیت زمانی که مدیران VNF به مالک وابسته هستند
•  گوناگونی خدمات

مزایا

•  کاهش هزینه‌ها به واسطه به‌کارگیری محصولات آماده تجاری COT (سرنام  Commercial Off The Shelf)
•  عدم نیاز به افزایش ظرفیت شبکه یا برنامه‌ریزی برای کاهش افزونگی
•  کاهش زمان موردنیاز برای عرضه/ورود به بازار

مجازی‌سازی شبکه با مهاجرت از شبکه‌های سنتی به شبکه‌های نسل پنجم: ZTE

بر اساس نظریه‌های موجود درباره صنعت سال 2020 نقطه شروع توسعه تجاری شبکه‌های نسل پنجم 5G است. 5G علاوه بر بیشتر کردن پهنای باند قابلیت اتکای بیشتر و تأخیر کمتر (URLLC) و ارتباطات ماشینی (MTC) را برای حمایت از اینترنت اشیا فراهم می‌کند. شبکه نسل پنجم افراد و اشیای بسیاری را به هم متصل می‌کند که این حجم از تقاضا شبکه‌های نسل‌های قبل‌تر ارا دچار مشکل می‌کرد. معرفی فناوری مجازی‌سازی کلید حل این مشکل است. در واقع فناوری مجازی‌سازی برای سال‌ها و در ابعاد بزرگ در صنعت فناوری اطلاعات استفاده ‌شده است. از حالا به بعد، معرفی مجازی‌سازی باعث کاهش هزینه‌های مالکیت، دستیابی به نوآوری در تجارت و کمک به آماده‌سازی شبکه‌های 5G می‌شود. اپراتورها باید شبکه‌های خود را به سمت معماری مبتنی بر ابر انتقال دهند تا اطمینان حاصل کنند که زیرساخت آن‌ها برای حمایت از سرویس‌های جدید آماده است. اپراتورها سفرشان را در رسیدن به 5G با معماری‌ها و فناوری‌های مختلف در پیش خواهند گرفت. بیشتر اپراتورها در مسیر مناسبی در رسیدن به مجازی‌سازی توابع شبکه (NFV) و شبکه نرم‌افزار محور (SDN) قرار دارند اما برخی دیگر باید ابتدا شبکه‌های سنتی 3G را کنار بگذارند.

نیاز به مهاجرت از شبکه سنتی به شبکه آماده برای 5G

فناوری مجازی‌سازی از یک مخزن سخت‌افزار استفاده می‌کند تا با فعال‌سازی المان‌های شبکه، این منابع سخت‌افزاری را به اشتراک گذارد. این کار در بهره‌گیری حداکثری از منابع و کاهش هزینه تأثیر قابل‌توجهی دارد. شبکه‌های NFV مبتنی بر فناوری‌های ابری مانند OpenStack و VMWare یکپارچگی فناوری اطلاعات و فناوری ارتباطات را درک می‌کنند. بر پایه داده‌های بزرگ و شبکه هوش مصنوعی، کارهایی مانند خودکار‌سازی عملکردها و نگهداری، کاهش عملکرد اجرا و کاهش هزینه‌های نگهداری انجام می‌شود. 

مجازی‌سازی NFV و SDN باعث پیشرفت سریع شبکه، چابکی برای سرویس دادن به مشتری و شخصی‌سازی تقاضا می‌شود. استفاده از مجازی‌سازی شانس بزرگی به سازمان‌ها و اپراتورها خواهد داد. این کار باعث بازدهی بیشتر در مدیریت و حرکت از سمت فراهم‌کننده‌های سرویس ارتباطی سنتی (CPS) به فراهم‌کننده سرویس دیجیتال (DSP) می‌شود. 

جذابیت شبکه 5G بیشتر به دلیل امکان استفاده از اپلیکیشن‌های متعدد است؛ درحالی‌که برای شبکه‌های سنتی فراهم کردن چنین تنوعی از اپلیکیشن‌ها دشوار است. شبکه‌های نسل پنجم روی آینده تجاری اپراتورها متمرکزشده و استانداردهایی برای جواب دادن به نیاز ‌آن‌ها در نظر گرفته‌شده است. مجازی‌سازی و فناوری ابری توانایی ارائه سرویس‌های جدید و خلاقانه توسط شبکه را فراهم کرده است.

مفاهیم مقدماتی در مهاجرت شبکه

• شروع از همین حالا. اپلیکیشن‌های مجازی‌سازی در صنعت ارتباطات به بلوغ رسیده است. اپراتورهای بزرگ توسعه تجاری را در حد وسیع شروع کرده‌اند و از جمله بخش‌های آن می‌توان به شبکه هسته مثلا vIMS، vEPC، vCS، vSDM و سیستم پیام مجازی‌شده اشاره کرد.
• تجزیه سه مرحله‌ای: بر اساس ETSI یک مدل مرجع برای NFV توسعه‌یافته است، بنابراین آن اصول و قواعد می‌تواند کار تحقیق و توسعه فریم‌ورک‌های رایج را کامل کند. چهارچوب مرجع قابل‌تعمیم است؛ قابل‌تعمیم از طراحی اولیه تا پیکربندی‌ای که می‌تواند ترافیک شبکه را کنترل کند. معماری مرجع شامل یک‌لایه سخت‌افزار است و مدیریت منابع به‌خوبی لایه OSS و لایه عملکرد شبکه است. با موج تغییرات NFV، اپراتورهای ارتباطی فعال راه فناوری‌های جدید را در پیش گرفتند. اما باید دقت زیادی به خرج دهند تا در دام محصولات شرکت‌ها نیفتند (یعنی پیشرفت آن‌ها فارغ از محصولات یک شرکت خاص باشد).
• 5G آماده است: تمامی سرمایه‌گذاری‌ها باید در راستای گسترش شبکه‌های نسل پنجم باشند. درواقع این کار یک سرمایه‌گذاری هدفمند است. این قضیه مزیت دیگری هم دارد و آن این‌که اپراتورها می‌توانند با یکدیگر برای ارتقا شبکه به 5G رقابت کنند.
• فناوری اطلاعات و فناوری ارتباطات همگرا می‌شوند. هدف کوتاه‌مدت مهاجرت شبکه، 5G است و هدف بلندمدت آن همگرایی فناوری اطلاعات و ارتباطات است. 

پایه‌های تکنیکی مجازی‌سازی شبکه

فناوری‌های یادشده در شبکه ایجادشده‌ یا ایجاد خواهند شد. آن‌ها برای موفقیت فناوری‌ها در صنعت IT فراهم شده‌اند، اما برخی از آن‌ها برای سازگاری بیشتر به پیشرفت صنعت ارتباط از راه دور (Telecommunication) نیاز دارند. برخلاف اپلیکیشن‌های فناوری اطلاعات سنتی، اپلیکیشن‌های خاص و زیادی در صنعت ارتباط از راه دور وجود دارد، مانند جلورانی بسته‌ها (Packet Forwarding) و رمزگشایی صدا و تصویر. در گذشته این کارها به‌وسیله سخت‌افزارهای اختصاصی DSP و NP انجام می‌شد. با بالغ شدن DPDK ،AVX و سایر فناوری‌ها، به‌خصوص پیشرفت قابل‌توجه بر پایه پردازنده‌ها، اپلیکیشن‌های راه دور به همان قدرت یا حتی بهتر از سخت‌افزارهای اختصاصی رسیدند. این قابلیت به این دلیل برای اپلیکیشن‌ها فراهم شد که استانداردهایی برای سرور، توانایی‌هایی برای دیسک ذخیره‌سازی و Open Flow برقرار شود. 

محاسبات ابری به این دلیل که یک فناوری موثر در مقیاس بزرگ است، در فناوری اطلاعات اهمیت زیادی دارد. با این حال نیاز اصلی ارتباطات راه دور قابلیت اتکا، نگهداری شبکه در مقیاس بالا و بلادرنگ بودن است که از فناوری ابری فعلی انتظار می‌رود پیشرفت بیشتری در این زمینه‌ها داشته باشد. می‌توان گفت NFVI برای اپراتورها مناسب است تا از امنیت و اتکای کافی مطمئن شوند. البته که در زمان اجرای طولانی‌مدت یک ابر خصوصی که فناوری اطلاعات و فناوری ارتباطات را ادغام کرده نسبت به یک ابر عمومی به اشتراک گذاشته‌شده، کارایی بالاتری خواهد داشت.

NFV، مهاجرت دستگاه‌های راه دور از پلتفرم‌های اختصاصی به سمت سرورهای x86 است. در این شبکه‌ها همه دستگاه‌ها روی پلتفرم‌های خصوصی توسعه یافته‌اند. تمام المان‌های شبکه به‌نوعی درون یک جعبه قرار دارند و سخت‌افزار نمی‌تواند به اشتراک گذاشته شود. هر دستگاه به سخت‌افزار اضافی برای افزایش ظرفیت نیاز دارد، اما این سخت‌افزار زمانی که از آن استفاده حداکثری نشود، بیکار خواهد بود. پس این روش زمان‌بر، انعطاف‌ناپذیر و هزینه‌بر است. با NFV المان‌‌های شبکه اپلیکیشن‌های مستقلی هستند که با سرورهای استاندارد، دستگاه‌های ذخیره‌سازی و سوئیچ‌ها سازگار هستند. 

SDN یا شبکه نرم‌افزارمحور عملگرهای کنترلی شبکه را از عملگرهای جلورانی (Forwarding) جدا می‌کند و نحوه مدیریت مسیریابی شبکه را عوض می‌کند. با این شرایط مسیریابی شبکه ساده‌تر شده، انعطاف‌پذیری بالا می‌رود و پویایی بیشتر می‌شود. 

مفهوم دیگری در شبکه به نام Slicing یا برش وجود دارد. هدف از این کار تقسیم شبکه به بخش‌های کوچک‌تر است که در ادامه با مزایای آن آشنا خواهیم شد. این کار باعث می‌شود پیکربندی به‌راحتی انجام شود و قابلیت استفاده دوباره از اجزای شبکه فراهم شود. هر قسمت کوچک‌تر نیاز مختص به خود را دارد که با دیگر قسمت‌ها تفاوت دارد. با توجه به این موارد، بسیاری به Slicing شبکه در معماری 5G فکر می‌کنند. این فناوری به اپراتورها اجازه می‌دهد شبکه‌های انتها به انتهای مجازی و چندگانه را در یک زیرساخت نرم‌افزاری تقسیم کنند. هر تکه از شبکه به‌صورت منطقی در دستگاه‌ها، شبکه‌های دسترسی، شبکه‌های انتقال و شبکه هسته، ایزوله شده است. برای هر قسمت منابع اجرایی مانند پهنای باند، کیفیت سرویس و امنیت تضمین می‌شود. 

مورد دیگری که تمایل به استفاده از slicing را در 5G افزایش می‌دهد، ایزوله بودن هر بخش است که اگر خطا یا نقصی ایجاد شود فقط در آن قسمت مشکل‌ساز می‌شود و تأثیری بر سایر بخش‌ها ندارد.

میکروسرویس‌ها بر پایه مفهوم هم‌بستگی بنا شده‌اند. میکروسرویس‌ها با یکدیگر از طریق API یا یک باسِ پیامِ تعریف‌شده ارتباط برقرار می‌کنند. اطلاعات درباره دسترسی کاربر و نشست‌ها همگی روی لایه اشتراک داده ذخیره می‌شود. اگرچه هر نمونه (Instance) از میکروسرویس در مکانی متفاوت قرار دارد اما هر کدام می‌توانند آخرین وضعیت کاربر را از طریق لایه اشتراک داده به دست آورند.

در مقایسه با ماشین‌های مجازی سنتی، فناوری مجازی‌سازی کانتینر کارایی بالا و مقیاس‌پذیری فراهم کرده است. این فناوری به‌سرعت رشد کرد و در صنعت IT جا باز کرد. در معماری اپلیکیشن‌های ابری، اجزای اپلیکیشن باید روی کانتینرها توسعه یابند. این کار باعث استفاده از منابع، پاسخ سریع از طرف سرویس‌ها و نگهداری بهتر از اپلیکیشن‌های چابک می‌شود