NETWORK 2030: ВЗГЛЯД НА ТРЕБОВАНИЯ К ПОСТРОЕНИЮ СЕТЕЙ

АННОТАЦИЯ

Ожидается, что в течение следующего десятилетия сетевое пространство претерпит большие изменения – появление новых сетевых сервисов, которые позволят использовать новые приложения, такие как тактильный Интернет, голографическая связь или дистанционное вождение. Многие из этих сервисов будут отличаться очень высокой степенью точности, с которой должны поддерживаться комплексные уровни обслуживания. Данные требования привнесут серьезные изменения в управление этими сетями и сервисами, которые позволят отрасли перейти от DevOps и SDN к «User-defined» сетям.

Ключевые слова: Network 2030; уровень обслуживания; SLO; сетевой сервис, User-defined.

Сетевая индустрия в настоящее время переживает переломный момент. Внедряется технология 5G, который обеспечивает беспрецедентную пропускную способность и сверхнадежную связь с низкой задержкой на мобильных устройствах, что позволит использовать множество новых приложений.

В то же время возникает огромное число новых проблем. С технической точки зрения, новые сетевые приложения, такие как автоматизированные системы управления, тактильный Интернет или дистанционное вождение, обещают новые возможности, но сталкиваются с техническими и физическими проблемами, которые трудно преодолеть даже при использовании 5G, и которые потребуют новых решений [1]. Ожидается, что эти проблемы окажут большое влияние не только на сетевые технологии, но и на управление сетями и сервисами. Управление такими сервисами, помимо прочего, потребует усовершенствования технологии телеметрии для обеспечения очень высокой точности при очень высокой степени покрытия. Аналогичным образом, ожидается, что тенденция к повышению программируемости сетей сохранится, что в конечном итоге позволит уже конечным пользователям и приложениям настраивать поведение для отдельных потоков данных.

1) От Best-Effort к High-Precision

Для многих новых сетевых сервисов характерны жесткие требования к уровню обслуживания (SLO). В прошлом снижение уровня обслуживания, как правило, приводило к постепенному снижению качества обслуживания конечных пользователей. Например, при использовании сервиса потокового видео качество видео может постепенно снижаться по мере ухудшения уровня обслуживания сети, что приводит к снижению разрешения или глубины цветопередачи видео. Загрузка веб-страниц может занять немного больше времени. Качество голосовых вызовов может быть оценено пользователями ниже, что приведет к снижению средних оценок разборчивости речи (MoS) [2]. Однако до тех пор, пока уровень обслуживания снижается незначительно, базовые сервисы, по сути, остаются пригодными для использования.

В отличие от текущих, многие из новых сервисов потребуют строгого соблюдения требований к уровню обслуживания. Если уровень обслуживания снижается, возможность своевременного использования сервиса полностью теряется, а вместе с этим и уверенность пользователя в том, что есть смысл даже попытаться ими пользоваться. В то же время многие из наиболее интересных приложений для этих служб становятся все более критически важными и, чтобы их вообще можно было использовать, должны обладать высокой надежностью. В качестве примеров таких применений могут служить дистанционное управление транспортными средствами и телехирургия, когда даже незначительные нарушения правил дорожного движения быстро становятся вопросом жизни и смерти.

Это говорит о том, что сети в 2030 году должны выйти за рамки услуг, предоставляемых по принципу Best-Effort, и взамен поддерживать High-Precision: согласованную доставку в соответствии со строгими гарантиями уровня обслуживания, с жесткими границами, касающимися, например, сквозной задержки и частоты пропусков (т.е. количества пакетов, которые либо теряются, либо нарушают свой SLO), которые должны практически равняться нулю [3]. В отличие от прежних Best-Effort и QoS подходов, простой «оптимизации» сетей и уровней обслуживания больше не будет достаточно, вместо этого количественные показатели станут обязательны к достижению. Точно так же крайне важно заранее оценить, сможет ли сеть обеспечить требуемые гарантии, и убедиться в том, что гарантированный уровень обслуживания действительно сможет обеспечиться.

2) Децентрализация

В прошлом сетевые архитектуры чередовались между преимущественно централизованными (например, архитектуры на основе контроллеров PSTN, SDN) и децентрализованными (например, интернет-маршрутизация, граничные вычисления). По большей части это был архитектурный выбор, основанный на таких соображениях, как простота администрирования и внедрения обновлений, малая стоимость расходов на координацию, а также небольшая стоимость и сложность системного программного обеспечения.

Этот подход подлежит корректировкам, поскольку многие сетевые сервисы нового поколения будут требовать не только высокой точности, но и очень низких задержек. В отличие от сервисов прошлого, конечные задержки больше не будут измеряться сотнями миллисекунд (как это происходит даже в случае интерактивных сервисов, таких как голосовая или видеоконференцсвязь), а будут, на порядок ниже, иногда в диапазоне <10 миллисекунд. На этом этапе важным фактором становится физическое расстояние, поскольку скорость распространения сигнала ограничена скоростью света (300 км/мс, что на самом деле еще меньше во многих физических средах, включая оптическое волокно). Это означает, что многие из новых сервисов и систем будут доступны только в пределах определенного географического расстояния.

В результате возникает сильный стимул для перемещения служб XaaS (Anything as a Service), контента и вычислений, доступ к которым осуществляется через сеть, как можно ближе к границе доступа, соответственно, к получателю. Это означает, что теперь речь идет не просто о выборе между распределенной, децентрализованной или объединенной архитектурой. Вместо этого возникает необходимость избегать обслуживания запросов на больших расстояниях, что сделало бы невозможным достижение целей с низкой задержкой. Архитектуры, которые зависят от функциональности, которая должна предоставляться в центральном узле, практически исключаются. Аналогичным образом, сетевые архитектуры и системы управления должны поддерживать и облегчать оперативное перемещение контента и сервисов как можно ближе к местам, где они будут запрашиваться и/или использоваться. Для повышения эффективности сами функции управления, в свою очередь, могут стать менее централизованными и более интегрированными.

3) Беспрецедентный масштаб и размах

Другой аспект касается того, что граница между понятиями «сетевой сервис» и «сетевое приложение» становится все более размытой и в некоторых случаях неуместной. Интеллектуальные пространства, IoT/E (Internet of Things, Internet of Everything), коммуникации V2X (vehicle-to-x: инфраструктура, другие транспортные средства) – все это включает в себя инфраструктуру, выходящую за рамки традиционной сети, которую можно рассматривать как неотъемлемую часть сервиса. Соответственно, сфера применения услуги связи меняется и выходит за рамки традиционной сети [4]. Точно так же, как «облачные сервисы» все чаще отказываются от вычислений отдельно от сетей и систем хранения данных, сервисы «Network 2030» будут все чаще включать в себя другую инфраструктуру в рамках более целостной технологической перспективы. Конечно, с ростом масштабов деятельности растет и количество компонентов, которыми необходимо управлять, и, как следствие, возрастают масштабы производства.

4) Гибкость

За последнее десятилетие гибкость стала ключевым фактором развития сетей. Внедрение сетевого программного обеспечения не только позволило заменить сетевые устройства виртуализированными сетевыми функциями, которые могут работать на обычном оборудовании, что привело к значительной экономии капитальных затрат. Гораздо важнее то, что это открыло возможности для повышения гибкости разработки сетей и способствовало появлению направления DevOps – интегрированной методологии непрерывного развития и эксплуатации сети. Это позволило сетевым операторам быстро адаптировать свои собственные сетевые решения и возможности и внедрять новые сервисы, избавившись от зависимости от поддержки вендоров оборудования и длительных циклов разработки продуктов для каждой новой функции. В результате отрасль перешла от «Vendor-defined» сетей, к «Operator-defined» сетям.

В будущем потребность в гибкости будет только расти, что еще больше сотрет грань между сетевым взаимодействием и управлением. Следует ожидать, что потребность в настройке существующих сетей или внедрении новых методов сетевого взаимодействия и функций коммуникационных сервисов в конечном итоге распространится не только на вендоров и операторов, но и на приложения сетевых служб и их пользователей, что приведет к переходу отрасли от «Operator-defined» сетей к «User-defined» сетям, (рис. 1).

Рисунок 1. Переход отрасли от «Vendor-defined» к «User-defined»

Под «пользователями» понимаются клиенты вендоров будущих сетевых услуг, таких как ИТ-отделы и поставщики Over-the-Top (OTT) приложений, а не к фактическим конечным пользователям, которые просто пользуются услугами связи. Сетевое взаимодействие, определяемое пользователем, в конечном счете может дать пользователям и приложениям возможность настраивать поведение и внедрять новую функциональность для каждого конкретного случая. Вместо того чтобы требовать от оператора поддержки определенных функций, необходимых для нового приложения или услуги, оператор предоставляет лишь инфраструктуру, с помощью которой конечные пользователи и приложения могут запускать и адаптировать свои собственные пользовательские услуги связи.

Заключение

Существуют ожидания, что в ближайшее десятилетие сетевой ландшафт должен претерпеть значительные изменения. Ожидается появление новых типов сервисов, многие из которых будут зависеть от требований к высокой точности передачи и использоваться критически важными приложениями, что доведет существующие сетевые технологии и решения до предела своих возможностей. Эти тенденции окажут глубокое влияние также на технологии и способы управления сетями и сервисами.

В данной работе описаны задачи обеспечения высокоточного уровня обслуживания, что потребует достижений в области измерительных технологий и сбора данных сетевой телеметрии, новых функций управления, способных лучше решать проблемы конфиденциальности, новых моделей сетевого программирования для обеспечения большей гибкости сети. Данная работа призвана обратить внимание на возможности для инноваций в этих областях, стимулируя дальнейшие исследования в них.

Список литературы:

1. Network 2030 – a blueprint of technology, applications and market drivers towards the year 2030 and beyond. — Текст : электронный // Сектор стандартизации электросвязи МСЭ : [сайт]. — URL: extranet.itu.int/sites/itut/ focusgroups/net-2030/SitePages/White%20Paper.asp (дата обращения: 11.05.2024).
2. Cisco service-level assurance protocol / M. Chiba, A. Clemm, S. Medley [и др.]. — Текст : непосредственный //  —  : IETF RFC 6812, 2013. — С.
3. Network 2030 – New Services and Capabilities for Network 2030: Description, Technical Gap and Performance Target Analysis. — Текст : электронный // Сектор стандартизации электросвязи МСЭ : [сайт]. — URL: itu.int/hub/publication/t-fg-net2030-2019-sub-g2/ (дата обращения: 12.05.2024).
4. Zhou, K. Industry 4.0: towards future industrial opportunities and challenges / K. Zhou, T. Liu, L. Zhou. — Текст : непосредственный // 12th International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery (FKSD). —  : IEEE, 2015. — С.