Nhóm 13 - Điện toán biên trong 5G

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG TIỂU LUẬN MÔN CHUYÊN ĐỀ ĐỀ TÀI ĐIỆN TOÁN BIÊN TRONG 5G Giảng viên Hoàng Trọng Minh Nhóm 13 Sinh viên Vũ Tiến Anh B18DCVT027 Trần Võ Đức Nam B18D[.]

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG TIỂU LUẬN MÔN: CHUYÊN ĐỀ ĐỀ TÀI: ĐIỆN TOÁN BIÊN TRONG 5G Giảng viên Nhóm Sinh viên Hồng Trọng Minh 13 Vũ Tiến Anh Trần Võ Đức Nam Nguyễn Đình Phụng - B18DCVT027 - B18DCVT307 - B18DCVT327 Hà Nội, tháng năm 2021 Chuyên đề Điện tốn biên 5G LỜI NĨI ĐẦU Trong thời đại công nghệ 4.0 nay, việc triển khai mạng 5G xu tất yếu lĩnh vực đời sống Công việc đòi hỏi yêu cầu phức tạp, đại Để đáp ứng tối ưu nhu cầu vậy, Điện toán biên đa truy nhập (Multi-Access Edge Computing – MEC) yếu tố quan trọng việc triển khai với mạng 5G Công nghệ MEC truy cập bất khả tri, kiến trúc điện tốn biên đa truy cập (và tiêu chuẩn ETSI MEC có liên quan) không phụ thuộc vào công nghệ truy cập mạng cụ thể Tuy nhiên, có đồng thuận trí ngành để xem xét, nói chung, việc triển khai edge / MEC với đời 5G (thường đời mạng lõi phân tán), MEC coi tài sản để khai thác triệt để tiềm mạng di động Trong tiểu luận này, nhóm chúng em trình bày theo chương sau: Chương 1: Tổng quang mạng 5G Chương 2: Khái quát điện toán biên Chương 3: Chức tiếp xúc mạng hệ thống 5G Chương 4: Hỗ trợ tính tốn biên ban đầu hệ thống 5G Chương 5: Hỗ trợ tính tốn biên 5G Chương 6: Kiến trúc tổng hợp MEC Chương 7: Tích hợp MEC 5G Bằng cố gắng nỗ lực nhóm em hồn thành xong tiểu luận nhóm Do có hạn chế mức độ hiểu biết thân nên tránh khỏi thiếu sót q trình nghiên cứu Vì thế, nhóm em mong nhận lời góp ý bảo thêm thầy cô bạn để em có thêm kiến thức phục vụ cho học tập cơng việc sau Nhóm 13 Chuyên đề Điện toán biên 5G MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G 1.1 Kiến trúc hệ thống 5G 1.2 Các thuật ngữ 5G 12 1.3 Các giai đoạn triển khai 5G 13 1.4 Tính liên tục phiên dịch vụ hệ thống 5G 17 1.5 Những thách thức bảo mật 5G 18 KHÁI QUÁT VỀ ĐIỆN TOÁN BIÊN 19 2.1 Định nghĩa điện toán biên 19 2.2 Điện tốn biên điện toán đám mây? 19 2.3 Điện tốn biên có loại bỏ điện toán đám mây? 19 2.4 Lợi ích Edge Computing gì? 20 2.5 Nhược điểm 20 2.6 Đối tượng sử dụng 20 2.7 Làm để Edge Computing hoạt động? 21 CHỨC NĂNG TIẾP XÚC MẠNG TRONG HỆ THỐNG 5G 21 HỖ TRỢ TÍNH TỐN BIÊN BAN ĐẦU TRONG CÁC HỆ THỐNG 5G 22 4.1 Hỗ trợ điện toán biên 3GPP SA2 Rel.15 / 16 25 4.2 Phiên PDU nhiều giai đoạn với UL CL 26 4.3 Phiên PDU IPv6 đa homed với BP 27 HỖ TRỢ TÍNH TỐN BIÊN TRONG 5G REL.17 29 5.1 Hệ thống 29 5.2 SA6 29 5.3 SA5: Các khía cạnh quản lý điện tốn biên 32 KIẾN TRÚC TỔNG HỢP MEC 34 TÍCH HỢP MEC 5G 36 Nhóm 13 Chuyên đề Điện tốn biên 5G DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Các tình sử dụng 5G Hình 2: KPI khơng đồng cho tình sử dụng 5G Hình 3: Ví dụ lõi gói phát triển LTE (EPC) với CUPS, tài nguyên quan trọng cho việc triển khai MEC Hình 4: Kiến trúc hệ thống 5G, "biểu diễn điểm tham chiếu" 10 Hình 5: Kiến trúc hệ thống, “biểu diễn dựa dịch vụ” 11 Hình 6: CUPS cho 5G RAN 12 Hình 7: Triển khai MEC 4G với EPC tập trung (trên cùng), 5G NSA (giữa) 5G SA (dưới) 13 Hình 8: Các thơng số dịch vụ thơng tin giải trí V2X 14 Hình 9: Kịch lưới thị thơng số mơ 15 Hình 10: Phân tích độ trễ khung hình có 24 UE 15 Hình 11: Độ lệch chuẩn thời gian liên gói UE 16 Hình 12: Chế độ SSC 5GS 18 Hình 13: AF bên bên ngồi miền tin cậy 3GPP 22 Hình 14: Mặt phẳng liệu MEC UPF 3GPP 24 Hình 15: Nền tảng MEC làm AF 3GPP 24 Hình 16: Ví dụ việc triển khai MEC hệ thống 5G 25 Hình 17: Phiên PDU đa homed với UL CL 26 Hình 18: Phiên IPv6 PDU đa homed với BP 27 Hình 19: Các mạng liệu Edge mạng di động nhà điều hành PLMN 29 Hình 20: Kiến trúc EDGEAPP Nguồn 3GPP 30 Hình 21: Mối quan hệ nhà cung cấp dịch vụ việc triển khai mạng điện toán biên 33 Hình 22: Kiến trúc tổng hợp tận dụng tiêu chuẩn ETSI MEC 3GPP Nguồn 34 Hình 23: Sự tương ứng thực thể ETSI MEC 3GPP 37 Hình 24: Điện tốn biên đa truy cập tích hợp vào mạng 5G 38 Nhóm 13 Chuyên đề Điện toán biên 5G THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AC AMF AN API Application Clients Ứng dụng Access and Mobility Chức Quản lý Truy cập Management Function Di động Access Network Mạng truy cập Application Programming Giao diện lập trình ứng dụng Interface Application Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng Common API Framework Khung API chung CN Core Network lõi mạng CP Control Plane Mặt phẳng điều khiển Control and User Plane Điều khiển tách mặt phẳng Separation người dùng EAS Edge Application Servers Máy chủ ứng dụng Edge ECS Edge Configuration Server Máy chủ cấu hình biên Edge Computing Service Nhà cung cấp dịch vụ máy tính Provider biên Edge Enabler Client Máy khách cho phép biên Edge Enabler Server Máy chủ cung cấp thông tin ASP CAPIF CUPS ECSP EEC EES eMBB cho máy khách Enhanced Mobile Broadband Băng thông rộng di động nâng cao E-UTRA—New Radio Dual E-UTRA — Khả kết nối Connectivity kép vô tuyến EPC Evolved packet core Lõi gói phát triển KPIs Key Performance Indicators Các số hiệu suất Mutil-Access Edge Điện tốn biên đa truy nhập EN-DC MEC Nhóm 13 Computing Chuyên đề Điện toán biên 5G Massive Machine-type Truyền thơng Máy móc Communications quy mơ lớn Network Exposure Function Chức tiếp xúc mạng NF Network Function Chức mạng NR New Radio mMTC NEF SMF SSC UP URLLC RAN Nhóm 13 Session Management Chức quản lý phiên Function Session and Service Phiên Dịch vụ liên tục Continuity User Plane Mặt phẳng người dùng Ultra-reliable and Low- Thông tin độ tin cậy cao Latency Communications với độ trễ thấp Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến Chuyên đề Điện toán biên 5G TỔNG QUAN VỀ MẠNG 5G 5G hệ mạng viễn thơng tồn cầu 5G hỗ trợ số ngành dọc đa dạng, loại người dùng dịch vụ khác nhau, giao tiếp kiểu máy kiểu người Hình 1: Các tình sử dụng 5G Ba kịch sử dụng cho 5G mơ tả biểu đồ nhện trên: Băng thông rộng di động nâng cao (eMBB) Enhanced Mobile Broadband: để đối phó với tốc độ liệu tăng đáng kể, mật độ người dùng cao dung lượng lưu lượng truy cập cao cho tình điểm phát sóng vùng phủ sóng liền mạch tình di động cao với tốc độ liệu sử dụng cải thiện - Truyền thơng Máy móc quy mô lớn (massive Machine Type Communications - mMTC): cho IoT, yêu cầu mức tiêu thụ điện thấp tốc độ liệu thấp cho số lượng lớn thiết bị kết nối - Thông tin độ tin cậy cao với độ trễ thấp (URLLC) để phục vụ cho ứng dụng an toàn quan trọng nhiệm vụ quan trọng 5G kỳ vọng tạo giá trị kinh tế khổng lồ, cách đóng góp (theo ước tính GSMA) lên tới 2,2 nghìn tỷ la vào năm 2034, lĩnh vực khác nhau, từ ICT thương mại, nông nghiệp khai thác, sản xuất tiện ích, dịch vụ tài chuyên nghiệp, dịch vụ công Phù hợp với dự báo này, 5G - Nhóm 13 Chun đề Điện tốn biên 5G kỳ vọng tạo thuộc tính kiếm tiền nâng cao nhà khai thác tại, gọi “phân khúc thị trường dọc” Trong số thuộc tính kiếm tiền thành phần quan trọng kỷ nguyên 5G mới, thực có Edge Computing Ba trường hợp sử dụng mô tả (eMBB, URLLC, mMTC) áp đặt tập hợp KPI (Chỉ số Hiệu suất Chính) khơng đồng nhất, để giải ứng dụng dịch vụ E2E (end-to-end) đa dạng yêu cầu cao 5G không giới hạn thiết kế vô tuyến mới, mà bao gồm toàn mạng, bao gồm dịch vụ dựa kiến trúc, giới thiệu số đổi mới, mềm hóa mạng, bao gồm cắt mạng tất nhiên Edge Computing, tài sản quan trọng để khai thác triệt để tiềm mạng di động Các KPI (Hình 2) dịch theo loạt yêu cầu (về độ trễ, mật độ lưu lượng truy cập, thông lượng, độ tin cậy, mức tiêu thụ lượng, chi phí, v.v.) dựa sở hệ thống 5G thiết kế Hình 2: KPI khơng đồng cho tình sử dụng 5G Cần phải làm rõ rằng, tình sử dụng, yêu cầu không đồng đơn giản không hợp lý giả sử hệ thống 5G giải chúng đồng thời, lúc Ngược lại, toàn khái niệm phân chia mạng hỗ trợ nhu cầu để đáp ứng yêu cầu phân kỳ, đến từ dịch vụ khác Nói cách ngắn gọn, chia cắt mạng việc tạo mạng ảo E2E với phục vụ lớp ứng dụng Các lát cắt có thơng qua quản lý tài nguyên mạng mềm hóa; Các lát cắt xác định thiết lập linh hoạt, nhanh chóng, để hỗ trợ dịch vụ dọc đa dạng Nhóm 13 Chun đề Điện tốn biên 5G 1.1 Kiến trúc hệ thống 5G Một thành phần quan trọng hệ thống 5G đời kiến trúc dựa dịch vụ Trong thời gian ngắn, điều đặc trưng đổi sau: - Chức kiểm soát mạng hiển thị API dựa HTTP / RESTful Cung cấp tính linh hoạt, đơn giản hóa việc triển khai phát triển mạng Kết hợp hài hịa tồn mặt phẳng điều khiển mạng với công nghệ web Chi tiết hơn, kiến trúc hệ thống 5G có lợi lớn hỗ trợ tính điều khiển Tách mặt phẳng người dùng (CUPS) nguyên Tất nhiên, khái niệm mạng không dây (trên thực tế, CUPS phần tiêu chuẩn 3GPP Release 14) Dù sao, CUPS quan trọng 5G cho phép phân phối tài ngun tồn mạng, chìa khóa để có mạng lõi hiệu Hơn nữa, CUPS cần thiết mạng 5G cho phép nhà khai thác tách lõi gói phát triển (EPC) thành mặt phẳng điều khiển vị trí tập trung, chẳng hạn đất nước cho mặt phẳng người dùng đặt gần với ứng dụng mà hỗ trợ (Hình 3) Hình 3: Ví dụ lõi gói phát triển LTE (EPC) với CUPS, tài nguyên quan trọng cho việc triển khai MEC Các khái niệm giới thiệu kiến trúc hệ thống 5G sau là: • Dựa NFV SDN • Hỗ trợ tính tốn biên • Tương tác dựa dịch vụ chức mạng CP Nhóm 13 Chuyên đề Điện tốn biên 5G • Tách chức mặt phẳng người dùng (UP) khỏi chức mặt phẳng điều khiển (CP) • Giảm thiểu phụ thuộc mạng truy cập (AN) lõi mạng (CN) • Hỗ trợ NF “khơng trạng thái”, nơi tài ngun “tính tốn” tách khỏi tài ngun "lưu trữ" • Hỗ trợ khả tiếp xúc Vì vậy, 5G Core “CUPS-native”, theo nghĩa kiến trúc hệ thống hỗ trợ nguyên tách biệt mặt phẳng điều khiển mặt phẳng người dùng: Hình cho thấy kiến trúc hệ thống 5G “biểu diễn điểm tham chiếu”, làm bật tương tác có Các dịch vụ NF chức mạng mô tả điểm tham chiếu điểm - điểm (giữa hai chức mạng (ví dụ :AMF SMF) Hình 4: Kiến trúc hệ thống 5G, "biểu diễn điểm tham chiếu" Một cách thay để hiển thị kiến trúc hệ thống 5G gọi "biểu diễn dựa dịch vụ" (Hình 5), chức mạng (ví dụ: AMF) Mặt phẳng điều khiển cho phép chức mạng ủy quyền khác truy cập dịch vụ họ Biểu diễn bao gồm điểm tham chiếu điểm - điểm cần thiết Một yếu tố quan trọng Lõi 5G NEF (Chức tiếp xúc mạng), phụ trách nhiệm vụ sau: • Tiếp xúc với khả kiện • Cung cấp an tồn thơng tin từ ứng dụng bên ngồi vào mạng 3GPP • Dịch thơng tin nội - bên ngồi • Nhận thơng tin từ chức mạng khác (dựa khả tiếp xúc chức mạng khác) Nhóm 13 10 Chun đề Điện tốn biên 5G Hình 16: Ví dụ việc triển khai MEC hệ thống 5G Các hệ thống 5G dự kiến chạy mơi trường ảo hóa kế hoạch ví dụ chi tiết việc triển khai MEC 5G mơ tả hình bên Đây hai trường hợp tương ứng: MEC với mạng lõi ảo hóa 5G (trên cùng) MEC mạng 5G ảo hóa hồn tồn, nằm với vRAN (dưới) 4.1 Hỗ trợ điện toán biên 3GPP SA2 Rel.15 / 16 Nhóm 3GPP phụ trách phát triển “Giai đoạn 2” kiến trúc hệ thống 5G SA2 Tại đây, chức thực thể mạng xác định, với cách thực thể liên kết với thông tin mà chúng trao đổi SA2 hỗ trợ tính tốn biên xác định, với mục đích cho phép nhà điều hành dịch vụ bên thứ ba lưu trữ gần điểm truy cập phần đính kèm UE, để đạt cung cấp dịch vụ hiệu thông qua việc giảm độ trễ đầu cuối tải mạng truyền tải Dưới số cơng cụ hỗ trợ tính tốn cạnh 5GS: • Vị trí linh hoạt UPF (chức mặt phẳng người dùng) - Việc định tuyến lưu lượng liệu quản lý mạng lõi 5G chọn UPF phù hợp gần với UE thực đạo lưu lượng từ UPF đến mạng liệu cục thông qua giao diện N6 - Trình hỗ trợ đề cập đến Hình 14, giả định UPF chọn để phục vụ ứng dụng biên gần gũi với người dùng Ngoài ra, với tư cách giá trị gia tăng quan trọng, mạng lõi 5G hiển thị thông tin khả mạng cho chức ứng dụng điện tốn biên • Hỗ trợ phiên PDU đa homed Nhóm 13 25 ... mạng Nhóm 13 18 Chun đề Điện tốn biên 5G KHÁI QUÁT VỀ ĐIỆN TOÁN BIÊN 2.1 Định nghĩa điện tốn biên Điện tốn biên mơ hình máy tính phân tán đem ứng dụng doanh nghiệp đến gần với nguồn liệu Điện toán. .. kế vơ tuyến 5G mời tham khảo tài liệu chất thải khơng gian [5GRAN20] (Hình 6) Nhóm 13 11 Chun đề Điện tốn biên 5G Hình 6: CUPS cho 5G RAN 1.2 Các thuật ngữ 5G 5G NR (5G New Radio) 5G New Radio... triển khai 5G mang lại Nhóm 13 16 Chun đề Điện tốn biên 5G 1.4 Tính liên tục phiên dịch vụ hệ thống 5G Một khía cạnh quan trọng cần thảo luận trước nói chi tiết hỗ trợ điện toán biên 5G khái niệm