Uma única rede 5G deve suportar ao mesmo tempo ambientes de serviço muito diferentes. Um usuário pode estar assistindo a vídeo em alta definição, outro pode usar uma conexão massiva de sensores IoT, enquanto um cliente industrial pode precisar de latência ultrabaixa e maior confiabilidade para um processo de produção local. Esses serviços não exigem da rede a mesma largura de banda, atraso, segurança, densidade de dispositivos ou comportamento de cobertura.

Construir uma rede móvel física separada para cada tipo de serviço não é realista. O custo seria muito alto, os recursos seriam difíceis de gerenciar e a implantação seria lenta. O fatiamento de rede 5GC resolve o problema criando redes privadas lógicas sobre infraestrutura física compartilhada. Cada fatia pode ser projetada com suas próprias características de serviço, enquanto reutiliza recursos comuns de acesso, transporte, computação e núcleo de rede.

Em termos simples, uma fatia de rede é uma rede lógica personalizada para um grupo de serviços, cliente industrial ou categoria de aplicação específica. Não é apenas um conceito de 5GC dentro do núcleo. É uma ideia de ponta a ponta que pode envolver a rede de acesso 5G, a rede de transporte ou portadora e a rede de núcleo 5G. O valor vem do equilíbrio entre dois objetivos: compartilhamento de recursos físicos para eficiência de custos e isolamento lógico para diferenciação de serviços.

Por que as fatias existem

O contexto do fatiamento de rede 5GC está nas grandes diferenças entre os cenários de serviço 5G. As categorias comuns são eMBB, mMTC e uRLLC. A banda larga móvel aprimorada concentra-se em alta vazão e experiência rica do usuário. A comunicação massiva do tipo máquina concentra-se em um número muito grande de dispositivos de baixa taxa. A comunicação ultraconfiável e de baixa latência concentra-se em latência rigorosa, confiabilidade e garantia de serviço.

Essas categorias criam prioridades diferentes de projeto de rede. eMBB pode exigir vazão alta ou ultra-alta por dispositivo e ampla cobertura. mMTC pode exigir densidade massiva de dispositivos, baixa taxa de dados e baixo custo por bit. uRLLC pode exigir latência muito baixa, maior confiabilidade e controle mais rigoroso do comportamento do serviço. Tratar todos esses serviços como tráfego comum de melhor esforço desperdiçaria o potencial do 5G.

O fatiamento permite que a operadora atenda a essas necessidades por meio de separação lógica. Uma fatia de banda larga para consumidores, uma fatia de controle industrial e uma fatia IoT podem compartilhar infraestrutura física, mas suas políticas de serviço, funções de núcleo, comportamento de QoS e regras operacionais podem ser diferentes. Isso cria uma forma mais flexível de comercializar e operar a capacidade da rede móvel.

O que uma fatia contém

Uma fatia de rede é uma rede lógica que fornece capacidades e características específicas. Uma instância de fatia de rede, ou NSI, é a versão implantada dessa fatia. Ela contém um conjunto de instâncias de funções de rede e os recursos necessários para executá-las, como computação, armazenamento e recursos de rede.

Em uma implantação 5GC, algumas funções podem ser compartilhadas por várias fatias, enquanto outras podem ser dedicadas a uma só. Por exemplo, várias fatias podem compartilhar funções comuns do plano de controle, como AMF, em determinados projetos. Ao mesmo tempo, cada fatia pode usar seu próprio SMF e UPF para que o tratamento de sessões e o tráfego do plano do usuário sigam requisitos específicos da fatia.

Isso cria uma distinção clara entre partes comuns e partes específicas da fatia. A parte comum reduz duplicação e economiza recursos. A parte específica oferece a cada serviço seu próprio comportamento, caminho de dados e tratamento. Em muitos projetos, um mesmo UE também pode acessar mais de uma fatia, com diferentes sessões PDU utilizando caminhos relacionados a fatias distintas.

O fatiamento de rede não exige que cada função seja executada em um servidor fisicamente separado. Funções de diferentes fatias podem operar no mesmo cluster de servidores X86 e permanecer isoladas por virtualização, KVM, namespaces de contêineres, mecanismos VPN e políticas de gestão. Essa é uma das razões pelas quais o fatiamento é mais prático do que construir redes físicas separadas.

Como funciona a identidade da fatia

A seleção de fatias depende de identificadores. O principal identificador é S-NSSAI, ou informação de assistência à seleção de uma única fatia de rede. Ele identifica de forma exclusiva uma fatia. NSSAI é uma coleção de vários S-NSSAIs e, portanto, representa um grupo de fatias, e não apenas uma.

S-NSSAI contém duas partes principais. SST, ou tipo de fatia/serviço, identifica o tipo de fatia. Valores comuns de SST incluem 1 para eMBB, 2 para URLLC, 3 para MIOT e 4 para V2X. SD, ou diferenciador de fatia, é usado para distinguir diferentes fatias do mesmo tipo. Isso é útil quando duas fatias pertencem à mesma classe de serviço, mas atendem clientes, regiões ou políticas comerciais diferentes.

Vários termos NSSAI são importantes em procedimentos reais. Configured NSSAI pode ser pré-configurado no UE ou entregue pelo AMF, ajudando o UE a gerar suas informações de fatia solicitadas. Subscribed NSSAI são os dados de assinatura de fatias armazenados para o usuário. Requested NSSAI é transportado pelo UE na solicitação de registro. Allowed NSSAI é o conjunto de fatias que o UE pode acessar na área de registro atual. Rejected NSSAI informa ao UE quais acessos a fatias foram negados.

O conjunto de fatias permitido não é decidido apenas pelo UE. Ele é afetado pela política do NSSF, pelos dados de assinatura do UDM, pela capacidade de suporte do AMF e pelas condições da área de registro. O resultado final é enviado pelo AMF ao UE na mensagem de aceitação de registro. Um UE pode receber permissão para acessar simultaneamente até oito fatias, o que significa que Allowed NSSAI pode conter até oito S-NSSAIs.

Como a seleção é decidida

O 5G introduz NSSF, a função de seleção de fatias de rede, para ajudar a selecionar uma instância adequada, escolher um ponto de entrada AMF para a fatia e determinar Allowed NSSAI. A seleção ocorre em duas grandes etapas. A primeira acontece durante o registro inicial, quando a rede seleciona o AMF associado à fatia e determina o conjunto permitido para o UE. A segunda ocorre durante o estabelecimento da sessão PDU, quando são selecionados SMF, UPF e o tratamento relacionado do plano do usuário.

Durante o registro, o UE pode escolher um Requested NSSAI com base em seu Configured NSSAI ou em um Allowed NSSAI salvo anteriormente. Quando o gNB precisa selecionar um AMF, pode usar 5G-S-TMSI ou GUAMI se estiverem disponíveis. Se esses identificadores não estiverem disponíveis, o gNB pode usar Requested NSSAI para orientar a seleção do AMF. Se nenhuma dessas condições ajudar, a mensagem pode ser enviada a um AMF padrão.

Requested S-NSSAI melhora a primeira tentativa de seleção do AMF. Em vez de escolher às cegas, o gNB dispõe de informações relacionadas à fatia que aumentam a chance de selecionar um AMF adequado. Se o AMF selecionado puder atender a fatia solicitada e o UE tiver permissão de assinatura, o AMF pode enviar a aceitação de registro com o Allowed NSSAI apropriado.

Se o AMF não puder atender a fatia solicitada ou se o UE não tiver assinatura para essa fatia, o AMF poderá precisar consultar o NSSF. O NSSF pode retornar um Allowed NSSAI diferente e um AMF adequado. A solicitação de registro pode então ser redirecionada direta ou indiretamente para o AMF correto. Isso mantém o processo flexível, mas ainda controlado por assinatura, política e capacidade da rede.

Por que o isolamento é importante

O isolamento é uma das principais razões pelas quais empresas e clientes industriais se interessam pelo fatiamento. Cada fatia deve se comportar como uma rede privada lógica, mesmo que recursos físicos sejam compartilhados. Fatias diferentes não devem ver nem afetar livremente umas às outras. Isso favorece segurança, independência operacional e controle de nível de serviço.

O isolamento pode ser implementado em várias camadas. A seleção da fatia separa o caminho de acesso ao serviço. Máquinas virtuais ou contêineres separam os ambientes de computação. Mecanismos de namespace podem isolar recursos em nível de contêiner. VPNs e separação de transporte podem proteger os caminhos de tráfego. O controle de políticas pode definir regras diferentes de QoS e serviço. Os sistemas de gestão também podem separar a visibilidade do cliente e as permissões operacionais.

No nível comercial, o isolamento facilita a prestação de serviços personalizados. Uma fatia de fábrica pode precisar de maior confiabilidade e menor latência. Uma fatia de vídeo de banda larga pode exigir alta vazão. Uma fatia IoT pode precisar de grande capacidade de dispositivos e baixo custo de sinalização. Cada fatia pode ser moldada para requisitos diferentes, evitando o custo de uma rede física totalmente separada.

A gestão do ciclo de vida é importante

As fatias de rede não são objetos estáticos. Assim como as funções de rede, elas têm um ciclo de vida. Uma fatia pode ser preparada, instanciada, configurada, ativada, monitorada, escalada, modificada, desativada e encerrada. Essa gestão é importante porque o fatiamento só se torna comercialmente útil quando as fatias podem ser criadas, alteradas e removidas com eficiência.

O ciclo de vida pode ser dividido em quatro etapas. A primeira é a preparação, incluindo projeto de modelo, pré-provisionamento e preparação do ambiente de rede. A segunda é instanciação, configuração e ativação, quando a fatia é criada, a configuração do serviço é carregada e a fatia entra em operação. A terceira é a operação em tempo de execução, quando KPIs, alarmes, relatórios e desempenho são monitorados. Com base nos resultados, o sistema pode acionar autorrecuperação ou dimensionamento automático. A quarta é a desativação, quando usuários podem ser migrados, a fatia é desativada e os recursos são liberados.

Esse processo geralmente é tratado por um gerenciador de fatias em conjunto com MANO. MANO inclui orquestração, gestão de VNF e gestão de infraestrutura virtual. As funções EMS ou NMS tratam da gestão de elementos de rede, configuração, alarmes, desempenho e operações relacionadas à segurança. Juntos, esses sistemas transformam o projeto de uma fatia em um serviço de rede implantado e gerenciável.

Modelos permitem NSaaS

Um modelo de fatia descreve as funções de rede, especificações, recursos, conexões e parâmetros de serviço necessários. Para clientes externos, ele pode parecer um modelo de fatia. Dentro do ambiente da operadora, pode ser necessário convertê-lo em um modelo de serviço de rede que o MANO possa compreender. Formatos como HOT, OVF e TOSCA podem ser usados conforme o ambiente de orquestração.

O projeto do modelo começa com os requisitos do cliente. A operadora precisa entender a demanda de QoS, largura de banda, número de usuários on-line, redundância, segurança e cobertura do serviço. Esses requisitos são então traduzidos em recursos de rede e parâmetros 5GC, como 5QI e o controle de políticas relacionado. Em seguida, o modelo pode ser carregado no gerenciador de fatias ou orquestrador para gestão do ciclo de vida.

Isso cria o conceito de Network Slice as a Service, ou NSaaS. Em um modelo ideal, um cliente industrial pode selecionar on-line um modelo de fatia, enviar requisitos de serviço, concluir um pedido e receber os parâmetros após a criação automatizada. O mercado de fatias ou portal do cliente envia o pedido ao BOSS e ao orquestrador. O orquestrador trabalha com VNFM, VIM e EMS ou NMS para instanciar a fatia, alocar recursos, configurar funções de rede e confirmar a prontidão do serviço.

O resultado é um novo modelo comercial. Em vez de longas negociações off-line e ativação manual, o cliente pode receber um portal de autogestão, provisionamento mais rápido e expansão elástica. Um pequeno cliente poderia começar com uma fatia para 500 usuários, operá-la por um ano e depois expandi-la para 1000 usuários. Se o serviço terminar, a fatia pode ser excluída e os recursos liberados. Esse é o valor prático do fatiamento: serviço personalizado, menor tempo de entrada no mercado e melhor reutilização de recursos.

Perguntas frequentes

Uma fatia de rede pode existir sem hardware físico dedicado?

Sim. Uma fatia é uma rede lógica. Ela pode compartilhar servidores físicos, recursos de transporte e infraestrutura de acesso, usando virtualização, contêineres e controle de políticas para manter a separação.

Por que um UE precisa de várias fatias?

Um UE pode executar diferentes tipos de serviço ao mesmo tempo. Por exemplo, uma sessão PDU pode usar uma fatia de serviço empresarial, enquanto outra usa uma fatia de Internet geral ou relacionada ao IMS.

O que determina se uma solicitação de fatia é aceita?

A aceitação depende dos dados de assinatura, da capacidade do AMF, da política do NSSF, das condições da área de registro e de o S-NSSAI solicitado ser suportado no contexto de rede atual.

Por que SD é necessário se SST já identifica o tipo de fatia?

SST identifica o tipo de serviço, enquanto SD distingue diferentes fatias dentro do mesmo tipo. Isso permite que várias fatias eMBB, URLLC ou IoT coexistam com significados comerciais diferentes.

Como o fatiamento reduz o tempo de implantação comercial?

Modelos, orquestração e gestão automatizada do ciclo de vida reduzem o trabalho manual de projeto e implantação. Dimensionamento, ativação e liberação de recursos podem ocorrer muito mais rapidamente do que na construção tradicional de uma rede dedicada.

O fatiamento de rede 5GC não é apenas uma arquitetura técnica. É uma forma de empacotar a capacidade da rede móvel em redes lógicas, isoladas e específicas de serviço. Ao combinar infraestrutura compartilhada, identidade de fatia, seleção controlada, gestão do ciclo de vida e orquestração baseada em modelos, as operadoras podem atender diferentes setores e tipos de serviço sem construir uma rede física separada para cada cliente.