Hur har tekniken för djup paketinspektion utvecklats i 5G-nätverk?

Medan 4G-nätverk tidigare främst hanterade mobil bredbandstrafik med ett relativt monoton data mönster, stödjer 5G-nätverk ett mycket bredare utbud av tjänsteanvändningsfall. Dessa användningsfall – nämligen förbättrad mobil bredbandstrafik, extremt pålitliga kommunikationer med låg latens och massiv maskintypskommunikation – ställer olika krav och kräver specifika kontroll- och insiktsmekanismer från DPI. I den här artikeln förklaras vilka de nya kraven är på trafiken och vilka begränsningar dessa ställer på konventionell DPI, samt diskuteras de viktigaste förändringarna som gör att DPI kan ingå i ett 5G-nätverk.

Nya nätverkskrav som 5G medför

Med nya krav följer nya funktioner som inte fanns tillgängliga i 3G- och 4G-nätverk:

Nätverksdelning gör det möjligt for operatörer att tillhandahålla ett dedikerat logiskt nätverk till sina användare på en delad infrastruktur. Applikationsslicen kan kräva olika prestandanivåer – till exempel kräver mobil bredbandsslice högre bandbredd, medan ett industriellt automatiserat styrsystem kräver mycket låg latens. DPI-teknik identifierar vilken slice en dataström tillhör, vilket möjliggör policyformulering som ger servicegarantier för den aktuella slicen.

Kantberäkning (Edge Computing) ger en bättre upplevelse genom att flytta beräkningar och logik närmare slutanvändarna för att erbjuda mycket snabba applikationsrespons­tider. Nätverksarkitekturen i kantberäkning är mycket distribuerad, och inte alla applikationsdataströmmar behöver avslutas i nätverkets kärna. Därför måste DPI-lösningarna ha förmågan att hantera ett distribuerat nätverk och erbjuda konsekvens över hela nätverket.

Krypteringsteknik för användarplanstrafik över IPSec eller liknande protokoll kommer att vara utbredd. Att extrahera programinformation från den krypterade trafiken är dock avgörande i ett 5G-nätverk. Denna extraktion måste vara pålitlig samtidigt som säkerhetsegenskaperna bevaras utan att avkryptera stora mängder trafik.

Tidiga begränsningar för djuppaketinspektion (DPI) i traditionella nätverk

Dpi i 3G- och 4G-nätverk har vissa begränsningar som blir ännu mer kritiska i 5G:

Prestanda: Kapaciteten hos traditionella DPI-enheter för 3G- och 4G-nätverk ligger mellan 10 Gbps och 40 Gbps, vilket kan vara otillräckligt i 5G-nätverk som erbjuder 100 Gbps eller mer kapacitet.

Latens: Medan 10 mikrosekunder var den förväntade DPI-plattformsfördröjningen som ansågs acceptabel i 3G/4G-sammanhanget är kravet på under en millisekund i slut-till-slut-fördröjning, som ställs av ultra-låglatenskommunikation, mycket striktare.

Policydynamik: I traditionell 4G DPI var det mer acceptabelt att principer var statiska eller uppdaterades i stora delar med jämna mellanrum, men detta uppfyller inte de dynamiska kraven för 5G:s nätverksskivning och edge-computing, vilka kan kräva justeringar av principer och DPI-genomförande minuttillminutt.

Täckning: Applikationssignaturer hade en mycket begränsad omfattning i 4G och var också otillräckliga för att identifiera krypterad trafik, okända applikationer och nya protokoll som blev allt vanligare. Därför saknade 4G DPI-lösningar insikt i vilka trafiktyper som kördes på nätverket. En centraliserad DPI-distribution i 4G-kärnnätverket kan inte uppfylla kravet på insyn från en distribuerad edge-computing-arkitektur.

Kärnuppgång för DPI i samband med 5G-scenarier

Flertalet förbättringar har gjort att DPI-lösningar kan bli en integrerad del av 5G-nätverksarkitekturen :

Prestandautveckling: Hårdvaruacceleration används allmänt för att möjliggöra DPI-enheter och funktioner att bearbeta trafikhastigheter på 100 Gbps, 200 Gbps eller ännu högre. Programvarufunktionerna i DPI-enheter är också optimerade för att bibehålla prestandan på de krävda nivåerna. Målet är alltid att inspektera trafiken utan att några paket förloras.

Latensutveckling: DPI-teknik introducerar undermikrosekundslatens i alla användarplansflöden, vilket är acceptabelt ur ett perspektiv av extremt låg latens i kommunikationssystem.

Arkitekturutveckling: Idag är DPI-funktionen inte längre en monolitisk, centraliserad hårdvarukomponent i kärnnätverket, utan den virtualiseras och distribueras alltmer i nätverket där den behövs – till exempel på kantnoder i radiotillväxtsnätet, sammanfogningspunkter och i kärnnätverket. Virtualiserade funktioner kan distribueras elastiskt och skalas automatiskt efter efterfrågan.

Kryptering: Förmågan att hantera krypterat trafik genom analys av flödesbeteenden eller genom att använda maskininlärningsmetoder för klassificering utan dekryptering har förbättrats avsevärt, vilket skapar en balans mellan säkerhet och prestanda. Signaturer för nya applikationer uppdateras nu nästan dagligen eller till och med timvis för att kunna identifiera nya uppstodande protokoll.

Bättre användarupplevelse och trafikstyrning

En starkare DPI-lösning kommer att gynna användare på många sätt:

Förbättrad användarupplevelse: Användningen av DPI i 5G möjliggör finjusterade policykontroller baserat på enskilda tjänsteanvändningsfall, vilket gör det möjligt att garantera QoS och prioriterad behandling. Till exempel kan trafik från en industrirobot ges företräde medan mindre brådskande data fördröjs. Den upplevda tjänstekvaliteten för en mobilspelare förbättras avsevärt eftersom DPI identifierar speltrafik och aktivt degraderar stora mängder data (t.ex. videouppladdningar) till förmån för speldataströmmen. Användare kan vara säkra på att de prestandakarakteristiker som deras serviceavtal kräver faktiskt efterlevs.

Förbättrad trafikstyrning: Nätverksoperatörer har nu förbättrad insyn och kontroll över trafiken i nätverket. Resurser kan dynamiskt allokeras till realtidsapplikationer för att förhindra överbelastning när många användare på en evenemangssituation samtidigt laddar upp video. Tjänsten kan automatiskt sänka prioriteringen för stora filuppladdningar till förmån för en realtidsröstkonversation. Attacker och hot, såsom flashmobs eller DDoS-attacker, kan identifieras automatiskt inom millisekunder, vilket möjliggör omedelbar åtgärd.

Sino-Telecom Optimerad DPI för 5G

Dessa DPI-plattformar stödjer upp till 1200 Gbps trafikbearbetning per system och har inbyggt stöd för 400GE-portar. Deras DPI-signaturfiler kan bearbeta tusentals appar och uppdateras kontinuerligt för att stödja de senaste apparna och protokollen, samtidigt som de levererar latens på mikrosekunder per flöde i stället för millisekunder. Sino-Telecoms DPI-lösning är utformad för 5G-miljön i flera former – som en virtualiserad funktion och för distribuerad distribution vid RAN-kanten, aggregeringspunkter och kärnnätverk, och stödjer en tjänstbaserad arkitektur. Sino-Telecom erbjuder DPI med ett bibliotek med tusentals protokoll, som uppdateras dagligen, samt beteendebaserad klassificering av krypterad trafik för att uppnå högre klassificeringsnoggrannhet. Lösningen inkluderar även intelligens för hantering av kontextmedveten data från radiotillträdet och kärnnätverket, vilket ytterligare ökar dess klassificeringsnoggrannhet.

Slutsats

De snabba framstegen inom DPI-teknik har framgående övervunnit begränsningarna hos sin föregångare och mött de ständigt växande kraven från 5G-nätverk. Förutom förbättrade prestandaegenskaper och latenskontroll har utvecklingen mot sofistikerad hantering av krypterad trafik, virtualiserade och distribuerade funktioner, tillsammans med mycket snabba signaturuppdateringsmekanismer, inneburit att DPI har utvecklats från ett övervakningsverktyg till en avgörande komponent i 5G-nätverksdriften, vilket möjliggör förbättrad användarupplevelse och trafikstyrning.

Kontakta oss för ditt citat, produktdatablad eller för att förstå DPI:s roll i utländska 5G-deployeringar. Sino-Telecom Technology Co., Inc. Våra specialister kan erbjuda arkitekturverifiering samt anpassade OEM/ODM-förslag baserat på dina specifika skala- och prestandakrav, tillgängliga via Sino-Telecoms webbportal eller någon av våra utpekade regionala försäljningsrepresentanter. Låt oss tillsammans designa den intelligenta DPI-lagret i ditt 5G-nätverk.