Die Vorteile und Nachteile von Network Slicing bei 5G
Network Slicing nutzt Virtualisierung, um Nutzer, Geräte und Anwendungen entsprechend ihren QoS-Anforderungen zu trennen. Bietet diese Methode mehr Vorteile als Cloud Computing?
Zur Evolution in der fünften Mobilfunkgeneration gehören eine Reihe von einzelnen Bestandteilen. Aber die entscheidende Komponente, die dafür sorgt, dass 5G mehr als nur ein anderes RAN-Modell (Radio Access Network) ist, nennt sich Network Slicing. Dieses Konzept wird im Deutschen auch als Netzwerk-Slicing bezeichnet.
Network Slicing wendet Virtualisierungsprinzipien auf mobile Netzwerke an. Daher wird es von vielen als Beginn einer neuen Deployment-Welle von Software-defined Networking (SDN) und Network Functions Virtualization (NFV) gefeiert. Doch was die Notwendigkeit und den Mehrwert von Netzwerk-Slicing angeht, gibt es sowohl Pro- als auch Kontra-Argumente.
Network Slicing als Technologie lässt sich vielleicht am besten als horizontale Virtualisierung beschreiben. Die grundlegende Strategie besteht darin, die folgenden einzelnen Elemente zu kombinieren:
SDN-Technologie, die das Edge- und Core-Netzwerk segmentiert; und
NFV-Architektur, die 5G-Control-Plane-Komponenten virtualisiert.
Daraus entstehen dann mehrere unabhängige virtuelle Netzwerke oder Slices. Diese erlauben es Mobilfunkbetreibern, Nutzer, Geräte und Anwendungen voneinander zu trennen, die eine unterschiedliche Quality of Service (QoS) erfordern. Slices lassen sich auch verwenden, um den Betreibern mobiler virtueller Netzwerke ihre eigene virtuelle Infrastruktur bereitzustellen, was potenziell MVNO-basierte (Mobile Virtual Network Operator) Services verbessert.
Horizontales Slicing bietet eine anwendungs- und serviceübergreifende Segmentierung eines Netzwerks. Jedes horizontale Slice besitzt seine eigenen virtuellen Ressourcen, die in hohem Maße unabhängig von den Ressourcen sind, die für andere Slices genutzt werden. Dieses horizontale Network Slicing unterscheidet sich von der aktuellen Netzwerksegmentierung – oder vertikalem Slicing –, die Ressourcen weniger partitioniert als vielmehr basierend auf der Anwendung oder Aufgabe zuweist.
Die wirtschaftliche Seite von Network Slicing
Die Herausforderung von Network Slicing auf Business-Ebene ergibt sich aus dem Unterschied zwischen Funktionen, die bei neuen Services nützlich sind, und Funktionen, die essenziell sind, um die Kosten zu rechtfertigen. Netzwerk-Slicing ist sicher nützlich für zukünftige 5G-Projekte, wie MVNO, IoT und andere neue mobile Netzwerkanwendungen, aber es könnte auch unnötig sein. Die größte IoT-Anwendung ist Smart Home oder Smart Building, die es bereits heute gibt, und zwar ohne 5G-Funktionen.
Ähnliches gilt für MVNOs sowie Videobereitstellung, die eine gute QoS benötigt. Es ist schwer, Argumente dafür zu finden, dass diese Dinge Network Slicing oder sogar 5G erfordern.
Ohne Frage brauchen wir 5G für zusätzliche Bandbreite pro Nutzer und für mehr Anwender pro Funkzelle, aber diese Anforderungen lassen sich auch erfüllen, wenn eine Legacy-4G-LTE-Infrastruktur die Basis für eine aufgesetzte 5G-NR-Implementierung bildet. Diese Architektur – als 5G Non-Standalone (NSA) bezeichnet – ist bereits definiert und wird bereitgestellt, enthält aber keine 5G-Core-Funktionen, etwa Network Slicing.
Eine Implementierung von Network Slicing würde wahrscheinlich eine vollständige Implementierung von 5G Core voraussetzen. Eine komplette 5G-NR- und Core-Implementierung würde erhebliche Investitionen und eine aktualisierte Technologie bedeuten. Das wäre womöglich schwierig zu rechtfertigen, wenn man an den derzeit eingeschränkten Business Case für 5G denkt.
Sind neue Spezifikationen notwendig?
Aus technischer Sicht entstehen durch Network Slicing virtuelle Netzwerke, die bereits im Cloud Computing auf breiter Basis eingesetzt werden. In der Spezifikation für 5G Network Slicing werden Slices als
Abbildung 1: Network Slicing nutzt Virtualisierung, um Nutzer, Geräte und Anwendungen zu separieren.
Netzwerk-Slice-Instanzen bezeichnet. Diese Instanzen müssen die gesamte Logik und alle Elemente enthalten, die gebraucht werden, damit das Slice unabhängig arbeiten kann.
Die derzeitigen 5G-Spezifikationen enthalten mögliche Implementierungs-Elemente und Anwendungsfälle, legen allerdings noch nicht exakt fest, wie Network Slicing funktionieren soll. Wir wissen, dass Slices sowohl im Funknetz als auch in 5G Core existieren und sich beide verbinden oder verknüpfen lassen, um ein Slice zu erstellen, das eine vollständige 5G-Serviceerfahrung umschließt.
Doch warum brauchen wir eine neue Spezifikation? Cloud Computing nutzt virtuelle Netzwerkdienste, und virtuelle Netzwerke gibt es mit SD-WAN selbst im Weitverkehr. Darüber hinaus hat Cloud Computing uns für die Bereitstellung und das Management von verteilten Anwendungen eine breite Palette von Tools an die Hand gegeben. Und diese Tools können auch für verteilte Servicefunktionen eingesetzt werden. Warum also nicht Ansätze aus dem Cloud Computing für Network Slicing nutzen? Schließlich haben diese sich schon in der Praxis bewährt.
Eine Antwort könnte im Unterschied zwischen horizontalem und vertikalem Slicing liegen. Cloud Computing hat fast universell das Ressourcen-Pool-Modell übernommen, das Anwendungen basierend auf ihren Anforderungen hinsichtlich Quality of Experience geteilte Ressourcen zuweist. Dieser Ansatz gewährleistet eine optimierte Ressourcennutzung und einfach kontrollierbare Betriebskosten, da sich die Ressourcen als Ganzes verwalten lassen.
Allerdings kann eine gemeinsame Ressourcennutzung die anwendungsübergreifende Performance beeinflussen und zu Sicherheitsproblemen führen, wenn die Ressourcen nicht wirklich getrennt werden. Theoretisch isoliert Network Slicing die Slices vollständig zugunsten einer besseren Sicherheits- und QoS-Kontrolle, riskiert aber durch die Nutzung von Netzwerk- und Hosting-Ressourcen eine geringere Effizienz. Außerdem kann es hierbei zu höheren Betriebskosten kommen, weil die Slices unabhängig verwaltet werden müssen.
Die Unterschiede bei den technischen Ansätzen für die Virtualisierung zwischen Network Slicing und Cloud Computing machen den Aufbau eines gemeinsamen Netzwerks und einer Hosting-Einrichtung, die beide Ansätze optimal unterstützt, schwierig. Dies bedeutet, dass frühe Anwendungen die Kosten für die Implementierung von Network Slicing rechtfertigen müssten. Zudem haben wir bereits erwähnt, dass aktuelle Video-, IoT- und mobile Netzwerkanwendungen ohne Network Slicing auskommen.
Netzwerk-Slicing ist sicher nützlich für zukünftige 5G-Projekte, wie MVNO, IoT und andere neue mobile Netzwerk-Anwendungen, aber es könnte auch unnötig sein.
Verschiedene Studien – meist von Anbietern, die von einer vollständigen 5G-Implementierung inklusive Network Slicing profitieren würden – deuten darauf hin, dass neue Anwendungen 5G Core und Network Slicing innerhalb von fünf bis acht Jahren benötigen werden. Und höchstwahrscheinlich liegen sie richtig. Was den Betreibern Sorgen bereitet, ist die Zeit dazwischen.
Timing für Network Slicing
Letztlich scheint die Debatte rund um Network Slicing auf die Wahl des richtigen Zeitpunkts hinauszulaufen. Das heutzutage vorherrschende, nicht standardisierte 5G-Modell sieht kein Network Slicing als Funktion vor. Deshalb müsste jede Anwendungs- oder Servicevirtualisierung auf Grundlage des vertikalen Virtualisierungsmodells von Cloud Computing oder eines NFV-Deployments bereitgestellt werden.
Das Cloud-Modell liegt derzeit weit vor NFV, so dass die Virtualisierung mit den 5G NSA Deployments zusammen mit diesem Modell voranschreiten wird. Das heißt, Network Slicing würde später, vielleicht nach 2025, in 5G-Netzwerken nachgerüstet, wenn neue Anwendungen die durch Netzwerk-Slicing gebotene strikte Trennung von Ressourcen auch tatsächlich benötigen.
Einige der Übergangsprobleme im Zusammenhang mit Network Slicing – und sogar die wirtschaftlichen Begründungen für Network Slicing – könnten wegfallen, wenn sich die endgültigen Spezifikationen eng an Cloud-Prinzipien anlehnen. Viele Betreiber, die auf ein Cloud-natives NFV-Modell drängen, hoffen, dass dies der Fall sein wird. Doch dieser Ausgang ist zweifelhaft, denn 5G Core beruft sich auf NFV-Spezifikationen. Infolgedessen können wir das Pro und Kontra von Netzwerk-Slicing jetzt noch nicht genau abwägen. Dazu bedarf es weiterer Entwicklungen sowohl bei den möglichen Anwendungen als auch den technischen Spezifikationen für die Implementierung.
Abbildung 1: Network Slicing nutzt Virtualisierung, um Nutzer, Geräte und Anwendungen zu separieren.
