Cos'è il network slicing, la tecnologia che cambia le regole delle reti cellulari

Il network slicing, ovvero la divisione a livello software delle reti, è uno dei nuovi strumenti messi a disposizione degli operatori dal 5G per offrire ai propri clienti un servizio maggiormente mirato alle loro esigenze e in grado di creare nuove opportunità di business sia nel mercato consumer che in quello delle imprese.

In uno scenario sempre più complesso in cui le esigenze dei clienti e dei dispositivi connessi alla Rete si fanno sempre più specifiche, il network slicing è una delle possibili modalità che gli operatori possono utilizzare per rispondere a questi cambiamenti in maniera efficace e massimizzando sia la qualità del servizio, sia le possibilità di business.

Cos'è il network slicing e come funziona

Il verbo inglese to slice significa "affettare" e il network slicing è, in effetti, proprio la divisione delle varie componenti della rete in fette. Il passaggio al 5G ha portato alla separazione netta di varie componenti della rete, grazie ad esempio all'uso delle tecnologie native del mondo cloud e all'uso di dispositivi cosiddetti "off the shelf" per l'esplicazione di alcune funzionalità. Una network slice (letteralmente "fetta di rete") è una parte della rete che è separata logicamente dal resto, è indipendente, ha misure di sicurezza specifiche a proteggerla e può essere adattata per rispondere a specifici requisiti. Può essere dedicata a un singolo cliente oppure può essere condivisa da più utenti. La gestione operativa delle diverse slice in funzione delle necessità della rete, degli utenti e del traffico, è per gran parte automatizzata grazie alle funzioni di orchestrazione.

Ma come funziona il network slicing? Gli operatori possono rispondere alle esigenze specifiche dei propri clienti creando delle "fette" della rete che vanno dalla "semplice" allocazione di risorse nella rete cellulare (RAN, radio access nework) per certi tipi di traffico, lasciando intatto il resto, fino alla creazione di vere e proprie reti logiche dedicate che vedono risorse allocate specificamente per un caso d'uso su tutti i livelli della rete, dalla RAN fino ai data center e alla rete di trasporto. È possibile dare queste definizioni localmente, ad esempio per migliorare la latenza di specifici servizi in una fabbrica, oppure in tutta la rete, in base alle esigenze. Gli operatori possono definire questi cambiamenti utilizzando le specifiche dello standard 5G definite dal 3GPP e i vari strumenti di automazione messi a disposizione dalle tecnologie impiegate nelle varie componenti della rete; per fare un esempio, è possibile dedicare risorse specifiche nell'infrastruttura cloud con opportune modifiche alla configurazione dei container che si occupano della gestione delle funzioni di rete.

Il network slicing è reso possibile da un cambio architetturale profondo che comprende tutte le componenti della rete (core, RAN, trasporto, cloud...) e che prevede sin dal principio la possibilità di allocare risorse maggiori e/o specifiche a clienti o servizi differenti. Ciò viene reso possibile dal fatto che al centro della rivoluzione del 5G c'è la trasformazione delle varie componenti delle reti, in particolare la Core, per utilizzare le tecnologie native del cloud, che permettono di sfruttare le stesse risorse, incluso l’hardware, effettuando però delle divisioni a livello logico per dedicare la capacità di calcolo e di trasmissione dei dispositivi a specifiche applicazioni. Non è dissimile, per molti versi, dalla virtualizzazione nel mondo dei server: l'hardware viene diviso in "fette" che vengono sfruttate per scopi diversi, ciascuna in maniera indipendente dalle altre.

Non esiste, però, una ricetta unica che vada bene per tutti i casi: ogni caso fa storia a sé e bisogna valutare gli specifici requisiti della situazione. In questo senso è fondamentale l'esperienza dei fornitori di apparecchiature di rete come Ericsson, che possiedono le conoscenze necessarie per aiutare gli operatori a individuare il giusto equilibrio nella suddivisione delle risorse e nei livelli di automazione che si vogliono implementare.

Il vantaggio del network slicing sta nel fatto che, grazie ad esso, gli operatori sono in grado di rispondere in maniera particolarmente efficace alle esigenze dei propri clienti aziendali. Ciò apre anche a nuove opportunità per gli operatori stessi, che sono in grado di monetizzare un nuovo servizio e operare in nuovi mercati, incluso il mondo enterprise, a cui prima era più difficile rivolgersi. Uno studio condotto da Ericsson insieme a BT testimonia di come il network slicing offra opportunità molto maggiori nell'offerta di servizi IoT, uno dei campi in cui questa tecnologia è vista come particolarmente promettente.

Un esempio pratico: come costruire la rete 5G in un aeroporto

Per capire meglio alcuni dei concetti espressi in questo articolo ci aiuteremo con l'esempio pratico di un aeroporto che si dota di connettività 5G, andando inevitabilmente a semplificare quello che è uno scenario estremamente complesso.

Nel nostro aeroporto convivono esigenze molto diverse fra di loro: da un lato c'è quella del pubblico, con i viaggiatori che necessitano della connettività per le proprie operazioni (navigazione su Internet, uso dei servizi aeroportuali, pagamenti tramite applicazioni, ecc), dall'altro c'è quella delle infrastrutture dell'aeroporto e dei vari dispositivi usati dalle compagnie aeree.

Le esigenze di questi utenti sono molto diverse tra di loro in termini di prestazioni necessarie e di protocolli utilizzati, con differenti requisiti di latenza e di banda. Fino al 4G non c'era modo di differenziare in maniera efficace ed efficiente la rete affinché rispondesse in maniera adeguata a tali esigenze, ma con il 5G si aprono diversi scenari possibili.

Un operatore che volesse fornire connettività nell'aeroporto dovrebbe dunque tenere conto di queste esigenze nel progettare la rete per fornire connettività agli utenti rispettando gli specifici casi d'uso. Andiamo dunque a elencare i principali:

• viaggiatori: tipicamente hanno bisogno banda elevata per fruire di contenuti multimediali, navigazione in Rete e (video)chiamate tramite Internet, ma la latenza non è un elemento critico per la maggior parte delle applicazioni;
• negozi: tipicamente necessitano di poca banda, ma di un'elevata stabilità della connessione e di una latenza ridotta per gestire i sistemi di pagamento;
• aeroporto: l'autorità aeroportuale deve tipicamente gestire i mezzi e il materiale di terra, monitorando il loro stato in maniera costante. Per fare ciò è necessaria poca banda, ma una latenza molto ridotta. Ciò sarà ancora più vero con la maggiore automazione che interverrà nei prossimi anni, ad esempio con la guida automatica;
• aerolinee: la gestione dei sensori a bordo degli aeromobili e del materiale di terra richiede una bassa latenza, ma nel caso dei dati raccolti dagli aerei mentre sono in volo (e che andranno scaricati una volta in aeroporto) è possibile che sia necessaria anche una banda elevata per poter effettuare il trasferimento quanto più velocemente possibile e riprendere dunque il viaggio celermente.

Come è chiaro, questi casi d'uso sono molto differenti tra di loro e a tutte le differenze esposte si aggiunge anche il fattore sicurezza: lasciare tutti questi diversi utenti sulla stessa rete fa sì che ci sia la possibilità per i viaggiatori di comunicare con apparati estremamente sensibili. Nel peggiore dei casi, in un futuro in cui ci saranno mezzi a guida autonoma, sarebbe possibile forzare le difese di un autobus per portarlo sulla pista mentre un aereo atterra, causando un disastro.

Per dare un'idea di quanto possano essere diverse le esigenze dei vari utenti (figurati e reali) della rete, possiamo pensare a dare alcuni numeri indicativi. I mezzi a guida autonoma avranno bisogno di una latenza ridotta e di una banda moderatamente elevata, che possiamo quantificare rispettivamente in 1 ms e in 200 Mbps; i visitatori avranno bisogno di una banda elevata (500 Mbps) ma non di una latenza contenuta (20 ms); un numero ridotto di dispositivi IoT presenti in aeroporto avrà bisogno di latenza ridotta (3 ms) e banda contenuta (50 Mbps), mentre la maggior parte di essi, presenti in quantità molto elevate ma senza scopi critici per l'aeroporto, necessiteranno di bassa latenza (5 ms) e ampia banda condivisa tra essi (250 Mbps). Solo con questi semplici esempi ci si può rendere conto di quanto differenti siano i bisogni delle varie utenze della rete.

È evidente dunque che sia necessario separare questi vari utenti della rete: un'opzione potrebbe essere la creazione di reti fisicamente differenti, ma questa operazione è particolarmente dispendiosa sia per l'operatore che per i clienti; sfruttando il network slicing, invece, è possibile ottenere lo stesso risultato in maniera molto più semplice ed economica, con minori problematiche relative alla messa in opera di un'infrastruttura dedicata. Un operatore potrebbe decidere dunque di usare una rete standalone per gestire i mezzi di terra, una rete ibrida per le aerolinee, una rete privata virtuale per i negozi e una rete pubblica per i visitatori. In questo modo l'operatore potrebbe sfruttare la stessa infrastruttura per fornire servizi a clientele con esigenze molto diverse senza dover effettuare investimenti importanti nella creazione di infrastrutture parallele.

Questo è un esempio molto semplificato (e che non pretende di essere perfetto) per capire come esistano esigenze estremamente diverse all'interno di una rete, in base alle quali gli operatori devono strutturare la propria infrastruttura e la propria offerta. Per capire quali decisioni prendere e come dare forma alla propria offerta, gli operatori necessitano di studiare la situazione specifica e di correlare le esigenze dei clienti alle capacità della propria infrastruttura, facendosi aiutare in questo dai produttori delle apparecchiature di rete che possiedono la conoscenza tecnica specifica per capire quali possibilità offrono i dispositivi. Un esempio reale di come è stato implementato il network slicing viene dalla Bundesliga: Ericsson ha collaborato con Vodafone e Sky per portare questa tecnologia negli stadi, permettendo così di offrire un servizio di alto livello agli spettatori rispettando allo stesso tempo le necessità di banda elevata e di latenza ridotta delle videocamere di Sky, connesse direttamente a Internet in un esperimento che si è rivelato di particolare successo.

La parola a Ericsson

Abbiamo chiesto a Manlio Spinelli, Head of Digital Services per l'Italia e il Sud-Est del Mediterraneo in Ericsson, come l'azienda si posizioni rispetto al tema del network slicing e quali soluzioni offra in questo ambito. "La configurazione del Network Slicing fa parte della soluzione 5G di Ericsson e integra in modo semplice la creazione delle differenti slices dal nodo radio agli elementi core, utilizzando strumenti di automazione", ci ha detto Spinelli. "In particolare Ericsson utilizza un Service Orchestrator per facilitare la creazione dinamica delle configurazioni dall’accesso agli elementi della cloud core."

Quali sono i principali vantaggi che possono avere operatori e clienti dall'impiego del network slicing? "Il network slicing end-to-end permette di innovare i modelli di business e di creare nuovi casi d'uso nei settori verticali. Questo si traduce in nuove opportunità di ricavo per gli operatori, che possono così massimizzare il ritorno sugli investimenti attraverso un uso e una gestione efficiente delle risorse di rete e fornire servizi differenziati su scala."

Dietro al tema delle nuove tecnologie applicate alle reti c'è però sempre quello della complessità. Le reti moderne sono infatti complesse e devono rispondere ad esigenze altrettanto complesse. Come possono gli operatori trovare il giusto bilanciamento tra le varie componenti per fornire ai propri clienti il migliore servizio possibile? quali sono gli aspetti da considerare quando si progetta il frazionamento di una rete? "Il mondo delle telecomunicazioni ha subito una significativa trasformazione, le infrastrutture a supporto dei servizi sono convergenti ed in grado di ospitare differenti applicazioni", ci dice Spinelli. "È importante per gli operatori scegliere soluzioni che abbiano maggiore semplicità, che seguano standard di mercato e siano in grado di essere gestite con un sufficiente grado di automazione, evitando soluzioni troppo personalizzate. Per poter operare il frazionamento della rete è necessario progettare l’architettura end to end e orchestrare in modo opportuno la creazione delle slice in funzione dei servizi, tenendo in considerazione la capacità della rete e le risorse necessarie a soddisfare i requisiti dei singoli servizi."

Come possono dunque i produttori di apparecchiature di rete come Ericsson aiutare gli operatori nella progettazione e nella messa in opera del network slicing sulle proprie reti? "Le soluzioni di network slicing sono frutto degli ingenti inestimenti in attività di ricerca e sviluppo di Ericsson, che oggi è leader nello sviluppo e nell'implementazione delle reti 5G. Ericsson assiste il cliente con servizi di consulenza per capire come meglio utilizzare l’opportunità delle slice e successivamente lo segue per tutta la fase di implemetazione e test della soluzione 5G. Lo fa con personale opportunamente preparato ed utilizzando l’esperienza acquisita con gli operatori in tutto il mondo."

Una rivoluzione in attesa di compiersi

Il network slicing imporrà un cambiamento deciso nel modo in cui operatori e aziende si rapportano alle reti cellulari. Grazie alla possibilità di dividere tali reti in fette con caratteristiche diverse sarà possibile rispondere alle varie esigenze in maniera molto più efficace rispetto al passato, con nuove possibilità di business per gli operatori e nuove opportunità per le aziende clienti, che avranno accesso a infrastrutture tecnologiche più avanzate e in gran parte native del cloud per rispondere meglio ai cambiamenti che stanno avvenendo in tutti i settori grazie al processo di trasformazione digitale in corso.

Sebbene non sia una panacea, il network slicing è davvero quello che in inglese viene chiamato un game changer, ovvero una novità che cambia le regole del gioco. La sfida sta ora nel trasformare quella che è una potenza in atto: gli operatori dovranno farsi trovare pronti a rispondere alla richiesta da parte delle aziende e dovranno dunque cominciare a prepararsi ora a un futuro che è sempre più vicino e tangibile.