IBM Cloud-Muster: Privates drahtloses Netzwerk auf IBM Cloud Satellite – IBM Blog

Kommunikationsdienstanbieter (CSPs) arbeiten mit Hyperscalern zusammen, um private drahtlose Netzwerke anzubieten, die demjenigen gehören und vollständig von demjenigen verwaltet werden, der sie aufbaut. Ein privates drahtloses Netzwerk (PWN) bietet die gleiche Art von Konnektivität wie öffentliche drahtlose Netzwerke, und Unternehmen müssen die Vor- und Nachteile privater drahtloser Netzwerke mit 5G-Technologie abwägen. Es ist wichtig, einige der gängigen Muster sowie die Verwaltungsaspekte solcher Netzwerke zu verstehen, einschließlich der zum Erstellen von PWNs erforderlichen Komponenten und ihrer Architektur.  

Komponenten eines privaten drahtlosen Netzwerks 

Es gibt viele Komponenten, die ein privates drahtloses Netzwerk bilden, aber dies sind die wichtigsten erforderlichen Elemente: 

• Unter Spektrum versteht man die Funkfrequenzen, die für die Kommunikation genutzt werden (und vom Staat zugeteilt werden). Die Wahl eines lizenzierten oder nicht lizenzierten Funkspektrums hängt von den Abdeckungsanforderungen, Interferenzbedingungen und der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften ab. 

• Der Netzwerkkern ist das Kontrollzentrum, das Paketvermittlung, Richtlinienkontrolle, Authentifizierung, Sitzungsverwaltung, Zugriffs- und Mobilitätsfunktionen, Routing und Netzwerkverwaltung bereitstellt. 

• Das Radio Access Network (RAN) umfasst eine auf Open RAN basierende virtuelle Zentraleinheit (vCU), eine virtuelle Verteilungseinheit (vDU), eine Funkeinheit (RU), ein Gateway und andere Geräte, die die drahtlose Kommunikation zwischen Endbenutzergeräten und dem Netzwerkkern ermöglichen zuverlässig, effizient und nahtlos. 

Beim Aufbau eines privaten drahtlosen Netzwerks sind ergänzende Elemente wie Orchestrierung, Service-Assurance, Management, Überwachung und Sicherheit erforderlich. Diese Komponenten spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung des reibungslosen Betriebs, der Optimierung und der Sicherheit des privaten drahtlosen Netzwerks und tragen zu seiner Widerstandsfähigkeit und Hochleistungsfähigkeit bei. 

Es gibt im Wesentlichen drei Arten von Unternehmen, die an der Entwicklung dieser Lösungen beteiligt sind: 

• Telekommunikationsanbieter wie Nokia, Ericsson, Samsung und Mavenir 
• Hyperscaler wie IBM, AWS, Azure und GCP 

• Kommunikationsdienstleister wie AT&T, Verizon und TELUS 

Telekommunikationsanbieter arbeiten mit Cloud-Anbietern zusammen, um private drahtlose Netzwerke für Unternehmen bereitzustellen, entweder direkt oder über Kommunikationsdienstleister oder Systemintegrator-Partner (SI). 

Abbildung 1. Netzwerkbezogene Komponenten eines privaten drahtlosen Netzwerks 

Abbildung 1 zeigt die Netzwerkkomponenten, die ein CSP benötigen würde, damit er Kunden bei der Konfiguration eines privaten drahtlosen Netzwerks unterstützen kann. Hierbei handelt es sich um netzwerkbezogene Standardkomponenten, die CSPs normalerweise bereitstellen. In der Vergangenheit wurden viele dieser Elemente mit spezieller Hardware konstruiert. Es hat jedoch ein bedeutender Wandel stattgefunden, da immer mehr dieser Komponenten auf ein Cloud-natives, softwarebasiertes Paradigma umsteigen: das virtualisierte (in den meisten Fällen containerisierte) Funkzugangsnetzwerk, das zugehörige Komponenten wie eine vCU, eine vDU usw. umfasst virtualisierter Netzwerkkern. 

In Abbildung 2 ist als Beispiel eine repräsentative Container-basierte VDU-Architektur dargestellt, um dem Leser eine Vorstellung davon zu geben, wie Software dedizierte, speziell entwickelte Hardware in Netzwerkkomponenten ersetzt hat. Abbildung 2 zeigt auch die Komponenten der dienstbasierten Kernarchitektur von 5G. Alle Komponenten sind entweder virtualisiert oder containerisiert. Dies ist wichtig, da es Hyperscalern in einem von Telekommunikationsunternehmen dominierten Bereich eine große Chance bietet. 

Abbildung 2 vDU-Architektur machen 5G-Kernkomponenten  

Die andere Hälfte der Lösung bezieht sich auf Softwarekomponenten, die Cloud-Anbieter zur Erweiterung und Vervollständigung der Lösung bereitstellen. Sie können von Automatisierungsskripten über Orchestrierung bis hin zur Servicesicherung und sogar Überwachung und Protokollierung reichen. Der wichtigste Aspekt ist, dass der Hyperscaler die Cloud-Plattform zum Hosten der Lösung und der entsprechenden Cloud-Dienste bereitstellt. Diese sind in Abbildung 3 als beigefarbene Kästchen dargestellt.  

Abbildung 3. Softwarebezogene Unterstützungsfunktionen eines privaten drahtlosen Netzwerks 

Vorteile privater drahtloser Netzwerke 

Diese eigenständigen Netzwerke können in industriellen Umgebungen wie Fertigungshallen, Logistiklagern, großen Krankenhäusern, Sportstadien und Unternehmensgeländen eingesetzt werden. Unternehmen müssen sich nicht mit den Einschränkungen eines öffentlichen Netzwerks auseinandersetzen. Stattdessen können sie ein privates Netzwerk bereitstellen und steuern, das genau ihren Anforderungen entspricht. 

Abbildung 4 zeigt eine beispielhafte Architektur, bei der das private drahtlose Netzwerk, bestehend aus 5G RAN und 5G-Kern, zusammen mit den Edge-Anwendungen auf einer Hyperscaler-Plattform bereitgestellt wird. Eine der Hauptanforderungen besteht darin, dass das PWN vor Ort bereitgestellt wird. Diese Topologie passt zum IBM Cloud-Satellit®-Paradigma, bei dem der lokale Standort ein IBM Cloud Satellite-Standort sein kann, der mit einem verbunden ist IBM Cloud® Region über eine sichere IBM Cloud Satellite-Verbindung. Dieses Design könnte Unternehmenskunden dienen, die die Nähe zu den erforderlichen 5G-Netzwerkkomponenten suchen, die eine geringe Latenz und einen hohen Durchsatz bieten.  

Abbildung 4. Blockdiagramm eines privaten drahtlosen Netzwerks  

Dieses Architekturmuster erfüllt die Anforderung, Endbenutzer, Geräte und Anwendungen näher an ihrem Standort zu bedienen. Um geschäftskritische Anwendungsfälle in Echtzeit zu unterstützen, werden Anwendungen auf Benutzerebene am IBM Cloud Satellite-Standort platziert. Bei diesen Satellitenstandorten kann es sich um ein lokales Edge-Rechenzentrum oder einen beliebigen öffentlichen Cloud-Standort handeln.  

Architektur eines privaten drahtlosen Netzwerks in der IBM Cloud 

Durch die Implementierung eines privaten 5G-Netzwerks können große Unternehmen ein maßgeschneidertes 5G-Netzwerk in ihre Einrichtung einbinden und es sicher halten, während sie gleichzeitig seine Hochgeschwindigkeits-, Bandbreiten- und Niedriglatenzfunktionen nutzen. Wie bei den meisten Netzwerklösungen besteht diese aus zwei Teilen: den „verwaltet von“-Komponenten und den „verwaltet bis“-Komponenten. Die „Managed From“-Komponenten werden in der Cloud des Partner-Hyperscalers gehostet, und die „Managed To“-Komponenten befinden sich typischerweise auf dem Gelände des Unternehmens mit sicherer Hochgeschwindigkeitsverbindung zwischen diesen beiden Standorten. In unserem Beispiel hostet IBM Cloud die „verwaltet von“-Komponenten, während der Satellitenstandort die „verwaltet bis“-Komponenten ausführt.  

Abbildung 5 zeigt ein Muster, bei dem das private drahtlose Netzwerk links vor Ort bereitgestellt wird (an einem „entfernten“ IBM Cloud Satellite-Standort). Die an diesem Satellitenstandort ausgeführten Workloads können rechts auf unterstützende Dienste zugreifen, die in der IBM Cloud gehostet werden. Die von einem Telekommunikationsunternehmen bereitgestellten Netzwerkkomponenten werden blau dargestellt. Die meisten davon werden am Satellitenstandort bereitgestellt, aber einige Telekommunikationsmanagementsysteme können in der Cloud ausgeführt werden und könnten möglicherweise Mandantenfähigkeit zur Unterstützung mehrerer Unternehmen bieten. 

Abbildung 5. Private drahtlose Netzwerkarchitektur am lokalen Standort von IBM Cloud Satellite 

Stellen Sie sich eine Produktionsanlage vor, in der verschiedene Arten von beweglichen und stationären Robotern und anderen programmierbaren Geräten im Einsatz sind. Das Unternehmen könnte sich für den Einsatz eines privaten drahtlosen Netzwerks entscheiden, da dies die für den Betrieb der Geräte erforderliche Kommunikation untereinander beschleunigt und gleichzeitig die Sicherheit gewährleistet.  

In einem solchen Szenario könnte die Produktionsanlage als Remote-Standort von IBM Cloud Satellite konfiguriert werden, an dem die erforderlichen Workloads und Cloud-bezogenen Komponenten vor Ort ausgeführt werden. Noch wichtiger ist, dass die am Standort erforderliche Netzwerkkonnektivität vom PWN bereitgestellt wird. Dieser Aufbau könnte in den anderen Produktionseinheiten des Unternehmens oder seinen Partnerlieferanten im ganzen Staat oder Land dupliziert werden. Jede Einheit hätte ihren eigenen PWN und wäre als IBM Cloud Satellite-Standort konfiguriert. Alle diese Satellitenstandorte würden von einer IBM Cloud-Region aus verwaltet. 

In IBM Cloud läuft eine Master-Steuerungsebene, die alle Satellite-Standorte überwacht und zentralisierte Protokollierungs- und Sicherheitsdienste als Teil der verwalteten Dienste bereitstellt. IBM Cloud Site Reliability Engineers kümmern sich um alle System-Upgrades und Patches. Wir haben erwähnt, dass die Satellitenverbindung zwischen dem IBM Cloud Satellite-Standort und IBM Cloud ein sicherer TLS 1.3-Tunnel ist. Unternehmen könnten für die Verbindung auch den Direct Link-Dienst von IBM nutzen. Sie werden feststellen, dass alle in dieser Topologie beschriebenen Netzwerkverbindungen sicher sind.   

IBMs Cloud Pak for Network Automation (CP4NA) würde zusammen mit einem Element Management System eines Telekommunikationsunternehmens Service-Orchestrierungs- und Service-Assurance-Funktionen bereitstellen. IBM Cloud würde Überwachungs- und Protokollierungsdienste sowie Identitätszugriffsverwaltung für den Zugriff auf die Cloud-Umgebung bereitstellen. Zusätzliche Netzwerküberwachungsdienste könnten vom CSP bereitgestellt werden. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, dass der Cloud-Anbieter eng mit dem Telekommunikationsanbieter zusammenarbeitet. Aus Unternehmenssicht dient die Unternehmensbenutzeroberfläche dazu, die Komplexität zu verbergen und eine einheitliche Schnittstelle für eine optimierte Verwaltung, Bereitstellung von Diensten sowie umfassende Überwachung und Protokollierung zu bieten. Diese Benutzeroberfläche fungiert als zentraler Steuerungsknotenpunkt, der den Betrieb vereinfacht und die Gesamteffizienz steigert. 

Unternehmen, die ein privates drahtloses Netzwerk aufbauen möchten, können dies selbst tun oder es an einen Hyperscaler wie IBM auslagern. Hyperscaler arbeiten letztendlich mit einem CSP zusammen, um diese Netzwerke aufzubauen und zu verwalten. Es ist sehr wichtig sicherzustellen, dass das Netzwerk auf einer flexiblen Plattform aufbaut und in Zukunft skaliert werden kann. Obwohl Unternehmen sich der Kosten bewusst sein sollten, entscheiden sich immer mehr Unternehmen für PWNs, weil sie eine sichere und zuverlässige Alternative zu einem öffentlichen Netzwerk bieten. 

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