淺談5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)及關(guān)鍵問(wèn)題研究

◆錢 昭

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 江蘇 210029）

淺談5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)及關(guān)鍵問(wèn)題研究

◆錢 昭

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 江蘇 210029）

隨著 5G 時(shí)代的到來(lái)，多種應(yīng)用場(chǎng)景和差異化的業(yè)務(wù)需求不斷涌現(xiàn)，因不同的需求而產(chǎn)生不同的網(wǎng)絡(luò)切片。本文主要詳述了應(yīng)用虛擬化技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行管理的方法，并簡(jiǎn)介以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片。除此之外，為了給5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展提供了有力幫助，本文也探討了網(wǎng)絡(luò)切片與大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)開放技術(shù)相結(jié)合的總體架構(gòu)。

5G；網(wǎng)絡(luò)切片；虛擬化；能力開放；總體架構(gòu)

0 引言

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從上世紀(jì)90年代的2G時(shí)代到2010年左右興起的4G時(shí)代，雖然通信技術(shù)歷經(jīng)30多年的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度已經(jīng)有了很大程度的提升，但2l世紀(jì)是一個(gè)信息大爆炸的時(shí)代，移動(dòng)通信服務(wù)仍然面臨著巨大挑戰(zhàn)。因此，對(duì) 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的探究已勢(shì)不可擋。5G可以依托4G已有的良好的技術(shù)架構(gòu)構(gòu)建新的技術(shù)架構(gòu)，作為新一代的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以取代 3G和4G。我國(guó)也極度重視5G發(fā)展，目前華為、中興及愛(ài)立信已進(jìn)行了切片原型的研發(fā)和驗(yàn)證，ITU-T牽頭網(wǎng)絡(luò)切片管理和編排的研究，IMT-2020（5G）推進(jìn)組完成了中國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第一階段的相關(guān)測(cè)試。由于到目前為止全球沒(méi)有明確和統(tǒng)一5G技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所以國(guó)內(nèi)外的研究人員正在努力尋求 5G移動(dòng)通信的革命性技術(shù)及其統(tǒng)一實(shí)行的標(biāo)準(zhǔn)，相信不久的將來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)實(shí)現(xiàn)極高的速率、極大的容量和極低的時(shí)延，提高資源利用率。本文主要探討 5G通信的關(guān)鍵技術(shù)，并且論述目前國(guó)內(nèi)外對(duì) 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的研究狀況，旨在為推進(jìn)5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)行提供必要準(zhǔn)備。

1 5G 系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的概念及特征

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求存在差異，如果在使用單一網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)為多種應(yīng)用場(chǎng)景提供服務(wù)，就會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理效率和資源利用率下降、網(wǎng)絡(luò)框架異常復(fù)雜的不良情況。因此 5G 網(wǎng)絡(luò)需要一個(gè)融合核心網(wǎng)，能同時(shí)應(yīng)對(duì)大量的差異化場(chǎng)景需求，網(wǎng)絡(luò)切片作為5G最重要的技術(shù)之一應(yīng)運(yùn)而生。

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)指的是通過(guò)虛擬化把一個(gè)完整的物理網(wǎng)絡(luò)分解成多個(gè)獨(dú)立的邏輯網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)都有相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景。網(wǎng)絡(luò)切片是由一組網(wǎng)絡(luò)資源及其功能的集合，再由這些網(wǎng)絡(luò)功能促成完整的邏輯網(wǎng)絡(luò)，而各個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)都可以利用特定的網(wǎng)絡(luò)特征來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)的需求。網(wǎng)絡(luò)切片是端到端的邏輯功能集合和其所需的物理或虛擬資源，包括接入網(wǎng)、核心網(wǎng)功能等，甚至需要回傳網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同支持，網(wǎng)絡(luò)切片可認(rèn)為是5G網(wǎng)絡(luò)中的虛擬化“專網(wǎng)”。通過(guò)協(xié)議定制與網(wǎng)絡(luò)功能，網(wǎng)絡(luò)切片可以給不同業(yè)務(wù)場(chǎng)地提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)功能，其中各個(gè)切片都能獨(dú)立根據(jù)話務(wù)模型和業(yè)務(wù)場(chǎng)景的需求對(duì)功能的定制剪裁和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行編制和管理，這是5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的切片實(shí)例。

2 網(wǎng)絡(luò)切片的需求

網(wǎng)絡(luò)切片是運(yùn)行一組網(wǎng)絡(luò)功能的資源以及特定的安置所組成的集合，這些網(wǎng)絡(luò)功能及其相應(yīng)的配置聚集成一個(gè)完整的邏輯網(wǎng)絡(luò)，這樣的邏輯網(wǎng)絡(luò)滿足特定業(yè)務(wù)所需的網(wǎng)絡(luò)特征，為特定的業(yè)務(wù)場(chǎng)地提供相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

在系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)功能、用戶體驗(yàn)、安全等各個(gè)方面，不一樣的應(yīng)用場(chǎng)景都會(huì)有不同的需求。若用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，一定會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)更加凌亂和緩慢，加大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的復(fù)雜性，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本，也難以實(shí)現(xiàn)使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要的極限性能要求。反之，假如業(yè)務(wù)場(chǎng)地出現(xiàn)差異就會(huì)促使需求多樣化，為其安置特定的網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供服務(wù)，而這個(gè)網(wǎng)絡(luò)只擁有這種類型的應(yīng)用場(chǎng)地所需要的功能，那么將會(huì)大幅度提升服務(wù)效率，也可以保障應(yīng)用場(chǎng)地所需的網(wǎng)絡(luò)性能，使得網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維不再?gòu)?fù)雜化，降低了投資和運(yùn)營(yíng)成本。

3 虛擬化技術(shù)下的網(wǎng)絡(luò)切片的資源管理

網(wǎng)絡(luò)切片管理是5G網(wǎng)管系統(tǒng)中最重要的新功能。負(fù)責(zé)把用戶業(yè)務(wù)級(jí)別的需求轉(zhuǎn)化為基于NFV/SDN跨域部署文件及業(yè)務(wù)配置文件，并執(zhí)行業(yè)務(wù)級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)切片生命周期管理，需要跨域協(xié)同實(shí)現(xiàn)整體端到端業(yè)務(wù)的管理和編排。

網(wǎng)絡(luò)切片利用虛擬化能夠管理每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片資源的生命周期，其生命周期分別為設(shè)計(jì)、購(gòu)買、上線、運(yùn)營(yíng)、下線等 5個(gè)階段。其中，設(shè)計(jì)階段又包括切片設(shè)計(jì)和商業(yè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中專業(yè)人員能夠按照切片上預(yù)期特定業(yè)務(wù)的特點(diǎn)來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的特性，包含所需的功能、性能、安全、運(yùn)維特征、業(yè)務(wù)體驗(yàn)等，切片模板由設(shè)計(jì)完成后生成，也就是說(shuō)，切片設(shè)計(jì)的過(guò)程就是完成。

針對(duì)商業(yè)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)人員則能依據(jù)市場(chǎng)策略對(duì)切片進(jìn)行商業(yè)設(shè)計(jì)，而這種設(shè)計(jì)也能夠依照切片運(yùn)行的不同特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)差異化的商業(yè)設(shè)計(jì)，比如切片的能力規(guī)格（如支持多少規(guī)模用戶），依據(jù)切片運(yùn)行的區(qū)域，有無(wú)可拓展能力等設(shè)計(jì)方式以確定差異化的定價(jià)。結(jié)束切片設(shè)計(jì)工作之后，就能購(gòu)買設(shè)計(jì)好的切片了，購(gòu)買方在購(gòu)買切片時(shí)，應(yīng)考慮到自己的地域、能力和業(yè)務(wù)等特征選取合適的切片。完成購(gòu)買后，切片就可以上線了，切片上線的整個(gè)過(guò)程都是自動(dòng)的，不需要人工操作。實(shí)際上，在切片上線時(shí)就實(shí)現(xiàn)了切片的安置。為實(shí)現(xiàn)指定功能的配置和安裝，以及切片的連通試驗(yàn)，上線過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為切片選出最合理的虛擬和物理資源。

4 網(wǎng)絡(luò)切片的分類

網(wǎng)絡(luò)切片具有獨(dú)立性和完整性，可以獨(dú)自承擔(dān)部分或全部的網(wǎng)絡(luò)功能，是一個(gè)完整的邏輯網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)切片的目的是實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)資源、核心網(wǎng)資源、終端設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等的有機(jī)組合，為不同業(yè)務(wù)或者商業(yè)場(chǎng)地提供可以獨(dú)立運(yùn)維和管理的、相互隔離的完整網(wǎng)絡(luò)。在同一網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施上，5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)以虛擬獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的形式為各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景提供互相隔離的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，達(dá)到每個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景可以依照不同的需求來(lái)制定網(wǎng)絡(luò)特性和功能的效果。網(wǎng)絡(luò)切片可以分為2種切片。

（1）獨(dú)立切片

具有獨(dú)立性的切片包含用戶面、控制面和各種業(yè)務(wù)功能，提供部分特定功能服務(wù)或者獨(dú)立的端到端專網(wǎng)服務(wù)給特定用戶群。

（2）共享切片

共享切片為不同的獨(dú)立切片提供同時(shí)使用的資源，其功能除了提供端到端的，也可以供應(yīng)部分共享。

5 網(wǎng)絡(luò)切片的總體架構(gòu)

基于多種業(yè)務(wù)需求，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供通用或特有的服務(wù)，從而生成不同的網(wǎng)絡(luò)切片，這就是網(wǎng)絡(luò)切片的總體架構(gòu)。在 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)元功能將會(huì)被弱化，且被虛擬機(jī)中運(yùn)行的不同功能模塊所代替。功能模塊可以是自有能力的，也可以是第三方APP，模塊劃分粒度需依據(jù)業(yè)務(wù)的需求自由定義，例如以會(huì)話管理、移動(dòng)管理、存儲(chǔ)、鑒權(quán)等不同功能模塊。用戶可以根據(jù)不同需求采用不同的功能模塊，從而形成不一樣的網(wǎng)絡(luò)切片，達(dá)到個(gè)性化服務(wù)的目的。典型的網(wǎng)絡(luò)切片不限于物聯(lián)網(wǎng)、eMBB、企業(yè)網(wǎng)、關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò)等。

網(wǎng)絡(luò)能力開放平臺(tái)面向應(yīng)用需求，依靠開放 API接口提供開放網(wǎng)絡(luò)能力和數(shù)據(jù)，通過(guò)面向上層應(yīng)用例如第三方業(yè)務(wù)提供商、自營(yíng)業(yè)務(wù)、內(nèi)容服務(wù)商、租戶等開放底層的網(wǎng)絡(luò)能力；通過(guò)面向應(yīng)用需求的端到端網(wǎng)絡(luò)能力交付方式以完成網(wǎng)絡(luò)與資源、網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)的共同協(xié)作，也推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)能力開放、虛擬化靈活調(diào)度的客觀優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮。網(wǎng)絡(luò)能力開放平臺(tái)應(yīng)用大數(shù)據(jù)信息技術(shù)挖掘網(wǎng)絡(luò)價(jià)值，對(duì)外提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和專有的差異化業(yè)務(wù)，把更好的用戶體驗(yàn)帶給用戶，從而推動(dòng) IT與 CT業(yè)務(wù)的共同發(fā)展。在未來(lái)的 5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，為給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更多盈利，自營(yíng)公司或第三方公司能進(jìn)一步加入到運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）的生態(tài)系統(tǒng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于虛擬化和網(wǎng)絡(luò)能力開放等技術(shù)的日益更新和進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)切片愈加具有實(shí)現(xiàn)價(jià)值的意義。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的多元化作為 5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的必不可少的一部分，要實(shí)現(xiàn)多元化架構(gòu)就需應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)這種方法。總而言之，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)將會(huì)成為運(yùn)營(yíng)商以獲取新盈利的重要技術(shù)，也是以后運(yùn)營(yíng)商和 OTT 公司進(jìn)行后向合作的必要手段。

[1]NGMN Alliance document． 5G White paper[S]， 2015．

[2]3GPP TR 23．799 V0．5．0． Study on Architecture for Next GenerationSystem[S]，2016．

[3] 3GPP TR S2-162318． Applying SDN Architecture to 5G Slicing[S]，2016．

[4]ONF TR-521． SDN architecture - Issue 1．1[S]， 2016．