Integracja infrastruktur eksperymentalnych 5G z ekosystemem NFV obejmującym wiele lokalizacji
3 lutego 2021
Celem opisanego protokołu jest wspieranie elastycznego włączania infrastruktur eksperymentalnych 5G do wielostanowiskowego ekosystemu NFV, poprzez architekturę sieci nakładkowej opartej na VPN. Ponadto protokół określa, w jaki sposób można zweryfikować skuteczność integracji, w tym pionowego wdrożenia usług w wielu lokalizacjach z małymi statkami powietrznymi obsługującymi NFV.
Protokół ten został zdefiniowany w taki sposób, aby obejmował zdalne lokalizacje i infrastrukturę pionową, które mogą być dostępne nawet w innych miastach lub krajach, we wspólnym ekosystemie NFV. Główną zaletą tego protokołu jest jego zdolność do ułatwiania rozwoju wspólnych działań eksperymentalnych, co pozwala na stały wzrost portfela naszych zasobów prawnych w ekosystemie NFV. Protokół wsparł już wiele działań eksperymentalnych w projektach badawczych obejmujących 5TONIC i infrastruktury pionowe w Hiszpanii, Europie i Brazylii.
A teraz jest gotowy do wdrożenia nadchodzących prób Aby wygenerować poświadczenie VPN, które pozwoli nowej infrastrukturze, na nawiązanie bezpiecznego połączenia z serwerem VPN, po uzyskaniu odpowiedniego zakresu adresów IP, aby zintegrować witrynę z ekosystemem NFV, wykonaj następujące polecenie na serwerze VPN i wybierz, dodaj nowego klienta opcję, z wyświetlonej listy. Wprowadź nazwę, która ma być skojarzona z tym poświadczeniem, aby wygenerować plik z poświadczeniami sieci VPN. Użyj polecenia, jak wskazano, aby zaszyfrować poświadczenia VPN w celu udostępnienia tego pliku poświadczeń VPN personelowi technicznemu witryny zewnętrznej za pośrednictwem bezpiecznego i niezawodnego kanału.
Ustaw klucz szyfrowania i ustaw nazwę zaszyfrowanego pliku, w tym poświadczenia VPN. Skonfiguruj środowisko w nowej lokalizacji, aby ustanowić połączenie z ekosystemem NFV i umożliwić dołączenie zdalnej infrastruktury NFV do stosu OSM lokacji centralnej. Aby aktywować przekazywanie adresów IP, w punkcie końcowym sieci VPN, aby obsługiwać możliwości rootowania sieci, wprowadź polecenie, aby zmodyfikować i załadować zaktualizowaną konfigurację systemu.
Użyj polecenia, aby odszyfrować plik poświadczeń VPN z kluczem szyfrowania i uruchomić otwarte oprogramowanie VPN z odszyfrowanym plikiem poświadczeń. Punkt końcowy sieci VPN uwierzytelni się na serwerze sieci VPN i automatycznie otrzyma odpowiednie parametry konfiguracji sieci VPN oraz trasy sieciowe. Aby utworzyć projekt typu open stack, określić zestaw zasobów obliczeniowych witryny zewnętrznej, która zostanie zintegrowana z ekosystemem NFV, należy użyć danych uwierzytelniających administratora, zalogować się do graficznego interfejsu użytkownika systemu Open Stacks, a następnie kliknąć przycisk plus utwórz projekt, aby utworzyć projekt, wypełniając wyświetlany formularz o wymagane informacje, Kliknij w przycisk plus Utwórz użytkownika, w zakładce użytkownika, a następnie wprowadź odpowiednie informacje w wymaganych polach wyświetlonego formularza.
Wybierz nowo utworzony projekt jako projekt podstawowy, a następnie wybierz rolę administratora, aby utworzyć prawidłowego użytkownika, który będzie zarządzał projektem utworzonym w poprzednim kroku. Aby zmodyfikować reguły zabezpieczeń, aby zezwolić na uprawnienia do komunikacji VNF w nowej witrynie, uzyskaj dostęp do graficznego interfejsu użytkownika Otwiera stos, używając odpowiednich danych logowania, a następnie wybierz projekt, sieć, grupy zabezpieczeń, zarządzaj regułami i dodaj regułę. Z menu rozwijanego reguły wybierz SSH i wszystkie opcje ICMP.
Aby utworzyć sieć dostawcy w OpenStack, kliknij admin, sieci sieciowe i plus utwórz sieć. Wprowadź szczegóły nowej sieci, korzystając z wcześniej wybranego zakresu adresów IP. Aby utworzyć sieć drugiego dostawcy, kliknij pozycję admin, sieć, sieci oraz utwórz sieć, a następnie wprowadź szczegóły nowej sieci, korzystając z przypisanego zakresu adresów.
Po udostępnieniu informacji związanych z numerem VIN, wraz z personelem technicznym Ośrodka Centralnego, należy podłączyć zewnętrzną infrastrukturę NFV do stosu oprogramowania OSM w ośrodku centralnym, korzystając z interfejsu wiersza poleceń dostarczonego przez OSM. W celu sprawdzenia poprawności platformy NFV z wieloma lokalizacjami, z realistyczną usługą pionową zilustrowaną na tym rysunku, należy rozpocząć od pobrania obrazów VNF usługi sieciowej inteligentnego rolnictwa z repozytorium publicznego. Następnie prześlij je do numeru VIN odpowiedniej witryny, uzyskaj dostęp do interfejsu wiersza poleceń OSM i użyj polecenia, aby dołączyć deskryptory VNF do stosu OSM dla każdej z VNF składających się na usługę sieciową.
Następnie użyj polecenia, aby dołączyć deskryptor usługi sieciowej do stosu OSM. Aby wdrożyć usługę sieciową inteligentnego rolnictwa, uruchom polecenie z interfejsu wiersza poleceń OSM, określając VIM, który będzie używany do hostowania każdej VNF. Następnie użyj polecenia, aby sprawdzić, czy usługa sieciowa została wdrożona.
Wprowadź polecenie zgodnie ze wskazaniami w interfejsie wiersza poleceń OSM, aby uzyskać informacje o adresie IP każdej funkcji VNF. Wpisz polecenie, aby uzyskać dostęp do VNF serwera IOT przy użyciu uzyskanych informacji o adresie IP i sprawdź, jak pokazano, czy interfejs jest skonfigurowany do komunikowania się z bramą MQTT VNF. Wprowadź polecenie, aby uzyskać dostęp do bramy MQTT VNF i uruchom polecenie zgodnie ze wskazaniami, aby zainicjować bramę MQTT VNF, która będzie odbierać dane generowane przez czujnik przy użyciu standardu MQTT i przesyłać te dane do serwera IOT VNF przy użyciu tego samego standardu.
Przygotuj komputer jednopłytkowy, podłączając do niego czujnik meteorologiczny, z możliwością przesyłania odczytów czujnika przez nadajnik-odbiornik w kierunku bramki PMQTT VNF. Korzystając z aplikacji mobilnej małego bezzałogowego statku powietrznego, zdejmij pojazd powietrzny, w którym znajduje się punkt dostępowy VNF, i ustaw pojazd, aby zapewnić zasięg bezprzewodowy komputerowi jednopłytkowemu z czujnikiem, podłącz komputer jednopłytkowy odpowiedzialny za odczyt danych zebranych przez czujnik, do punktu dostępowego wifi/bezprzewodowego, dostarczany przez punkt dostępowy VNF. Po pomyślnym dołączeniu zostanie włączona ścieżka sieci bezprzewodowej od czujnika do bramy MQTT VNF.
Użyj polecenia, jak wskazano, aby rozpocząć transmisję wykrytych danych, a następnie użyj polecenia i adresu URL, aby uzyskać dostęp do graficznego interfejsu użytkownika dostarczonego przez serwer IOT VNF. Następnie kliknij przycisk zbierania danych z czujnika i weryfikuj aktualizację wykresów zawartych w pulpicie nawigacyjnym w czasie rzeczywistym, w miarę odbierania danych. Poczekaj odpowiedni okres czasu, aby uzyskać reprezentatywne wyniki realizacji usługi inteligentnego rolnictwa.
Jak pokazano na tym rysunku, otwartego narzędzia do monitorowania sieci VPN można zaobserwować, w jaki sposób nowa witryna jest połączona z usługą VPN, umożliwiając jej wymianę danych i prawidłową integrację nowej witryny z ekosystemem NFV. Usługa sieciowa umożliwia dystrybucję informacji z czujnika znajdującego się w zdalnej infrastrukturze, do serwera znajdującego się w lokalizacji centralnej. W tym przypadku można zaobserwować pomyślne wdrożenie usługi sieciowej z graficznego interfejsu użytkownika OSM, pokazujące, w jaki sposób eksperyment może zostać prawidłowo zinstancjonowany, w nowej infrastrukturze zdalnej, z nano stosu znajdującego się w centralnej lokalizacji.
Na tym rysunku dane dotyczące temperatury, wilgotności i ciśnienia zebrane z czujnika pokazują, że platforma jest w stanie wdrożyć praktyczne usługi sieciowe po włączeniu nowej infrastruktury, a także poprawnie umożliwić komunikację między lokalizacjami. Protokół został już wykorzystany do wspierania eksperymentów z inteligentnym rolnictwem, motoryzacją i bezpieczeństwem publicznym, a także toruje drogę dla wielu innych, takich jak inteligentne miasta, produkcja czy e-zdrowie.
Przegląd
Niniejszy protokół ułatwia integrację zdalnych węzłów z wielostronnym ekosystemem NFV za pomocą sieci nakładkowej opartej na technologii VPN. Wspiera on wspólne działania eksperymentalne i został z sukcesem wdrożony w ramach różnych projektów badawczych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Wirtualizacja funkcji sieciowych (NFV)
- Eksperymenty z 5G
- Współdzielona infrastruktura badawcza
Wstęp
- Protokół umożliwia implementację infrastruktur pionowych w różnych lokalizacjach.
- Rozszerza on portfolio zasobów prawnych w ramach ekosystemu NFV.
- Poprzednie implementacje miały miejsce w Hiszpanii, Europie i Brazylii.
- Wspiera on liczne działania eksperymentalne z wykorzystaniem pojazdów powietrznych.
Cel badania
- Aby ustanowić bezpieczne połączenie pomiędzy zdalnymi lokalizacjami a centralnym ekosystemem NFV.
- Aby zweryfikować skuteczność integracji poprzez próby praktyczne.
- Aby ułatwić wdrażanie usług wertykalnych z wykorzystaniem infrastruktury obsługującej NFV.
Zastosowane metody
- Tworzenie danych uwierzytelniających VPN w celu bezpiecznej integracji witryny.
- Konfiguracja projektów OpenStack w celu zarządzania zasobami.
- Wdrażanie deskryptorów VNF oraz deskryptorów usług sieciowych.
- Wdrażanie usług sieciowych inteligentnego rolnictwa oraz transmisji danych.
Główne wyniki
- Skuteczna integracja zewnętrznych infrastruktur NFV z centralnym ekosystemem.
- Zbieranie i wizualizacja danych w czasie rzeczywistym z aplikacji inteligentnego rolnictwa.
- Walidacja wdrożenia usług sieciowych za pomocą interfejsów wiersza poleceń.
- Demonstracja efektywnej komunikacji pomiędzy urządzeniami i usługami IoT.
Wnioski
- Protokół skutecznie wspiera integrację NFV w wielu lokalizacjach.
- Zwiększa on możliwości prowadzenia wspólnych badań ponad granicami geograficznymi.
- Przewiduje się, że przyszłe próby będą służyć dalszej walidacji i rozszerzeniu zakresu jego zastosowań.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Niniejszy protokół umożliwia prowadzenie eksperymentów rozproszonych poprzez integrację zdalnych infrastruktur NFV w ramach jednolitego ekosystemu, wspierając wspólne prace B+R ponad granicami geograficznymi. Zapewnia on skalowalny framework do walidacji usług sieciowych w realistycznych scenariuszach wielostanowiskowych, ograniczając zależność od scentralizowanego sprzętu. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną w przypadkach użycia obsługiwanych przez 5G, demonstrując funkcjonalność end-to-end w rozproszonych lokalizacjach.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Wspiera testowanie hipotez dotyczących zachowań sieci rozproszonych w wdrożeniach usług pionowych.
- Wartość operacyjna: Umożliwia powtarzalne eksperymenty w wielu ośrodkach dzięki standaryzowanym procedurom integracji.
Przesiewy i opracowanie testów
- Wartość naukowa: Ułatwia przygotowanie zwalidowanych środowisk NFV w celu zapewnienia spójnego łańcuchowania funkcji serwisowych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia gotowość na poziomie analizy dzięki procesom provisioningu zasobów OpenStack oraz workflowom wdrażania VNF.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wykazuje ciągłość translacyjną z laboratorium do warunków polowych poprzez walidację usługi IoT w ramach inteligentnego rolnictwa (smart-farming).
- Wartość operacyjna: Umożliwia postęp z uwzględnieniem analizy ryzyka poprzez weryfikację komunikacji między obiektami oraz spójności danych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta znajduje zastosowanie w przepływach pracy od wczesnych etapów odkrywania po fazę przedkliniczną, umożliwiając rozproszoną walidację usług sieciowych, które stanowią podstawę aplikacji zdrowia cyfrowego i IoT.
- Biologia odkrywcza: Wspiera mechanistyczną minimalizację ryzyka w ścieżkach komunikacyjnych w eksperymentalnych modelach opartych na IoT.
- Przesiewanie: Opisuje standaryzowaną alokację zasobów i wdrażanie VNF w celu zapewnienia powtarzalnego łańcuchowania usług.
- Analityka: Wskazuje weryfikację adresów IP oraz transmisję danych MQTT jako ilościowe wyniki służące do porównania warunków.
- Badania translacyjne: Łączy z ciągłością przedkliniczną poprzez walidację rzeczywistych danych z czujników w infrastrukturach zdalnych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Przedstawia protokół jako wielokrotnie wykorzystywalną funkcję dla wieloodśrodkowych eksperymentów NFV w ramach różnych projektów.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Pewność prognostyczna w zakresie niezawodności usług sieciowych w środowiskach rozproszonych.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja, powtarzalność i skalowalność procedur integracji witryn.
- Wartość strategiczna: Lepsze decyzje typu go/no-go dotyczące gotowości infrastruktury, co redukuje ryzyko techniczne na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja wdrożeń usług wertykalnych skorygowana o ryzyko, w oparciu o zwalidowaną wydajność wielostanowiskową.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymagana wiedza specjalistyczna w zakresie orchestracji NFV, OpenStack oraz konfiguracji VPN.
- Konieczność zapewnienia bezpiecznej infrastruktury sieci nakładkowej (overlay network) oraz planowania adresów IP.
- Koordynacja międzyzespołowa pomiędzy zespołami sieciowymi, chmurowymi i aplikacyjnymi.
- Uwzględnienie adaptacji do różnych wersji sprzętowych i programowych w poszczególnych lokalizacjach.
- Ograniczenia praktyczne obejmują zależność od stabilnego połączenia VPN oraz synchronizowanych źródeł czasu.
