5G切片技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的研究和實(shí)踐

摘要：隨著5G技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)正逐步邁入5G時(shí)代。5G通信技術(shù)背景下，網(wǎng)絡(luò)中接入的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量龐大，而設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求因類型、種類不同有著差異化的要求，如何在基于相同網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的前提下進(jìn)行不同QoS需求的滿足，成為業(yè)內(nèi)重點(diǎn)研究課題。本文以5G切片技術(shù)的研究為基礎(chǔ)，進(jìn)一步闡述物聯(lián)網(wǎng)中5G切片技術(shù)的具體實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);實(shí)踐;網(wǎng)絡(luò)切片;研究

人們的生活因4G技術(shù)發(fā)生翻天覆地的轉(zhuǎn)變，而5G時(shí)代的到來(lái)則是社會(huì)改變的重要契機(jī)。5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以為民眾帶來(lái)更為快速、高效的寬帶體驗(yàn)，亦可以實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)多樣化需求的拓寬。以往垂直行業(yè)業(yè)務(wù)的具體作業(yè)、運(yùn)行模式因5G網(wǎng)絡(luò)的低延時(shí)、高帶寬特性而發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變，在推動(dòng)垂直行業(yè)決策的智能化發(fā)展同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行效率的顯著提升。在此背景下，5G切片概念誕生，作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的“咽喉”，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)具備定制化、敏捷化等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)專屬化網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

一、5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)分析

5G時(shí)代下，寬帶可做到全面、全方位覆蓋，確保在5G時(shí)代下人與人、物與物、人與物之間通信需求多樣化的滿足。2015年，頒布的《NGMN 5G 白皮書(shū)》中對(duì)5G使用的24個(gè)典型場(chǎng)景做出明確界定。而通過(guò)對(duì)不同場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)需求的分析發(fā)現(xiàn)，不同場(chǎng)景的具有差異化的網(wǎng)絡(luò)需求，從50kb～1Gbit/s的連接帶寬，到秒級(jí)至1ms的時(shí)延，再到200至15萬(wàn)的連接數(shù)量，不同場(chǎng)景的具體需求不同。但是無(wú)論任何場(chǎng)景，一旦發(fā)生通信業(yè)務(wù)中斷現(xiàn)象，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則造成人員傷亡。若為不同場(chǎng)景、業(yè)務(wù)構(gòu)建專有化網(wǎng)絡(luò)，雖然能滿足業(yè)務(wù)具體需求，但業(yè)務(wù)拓展會(huì)因高昂的網(wǎng)絡(luò)成本而受到限制。若以相同網(wǎng)元、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為基礎(chǔ)，進(jìn)行業(yè)務(wù)的共同承載，極易因QoS的差異化而產(chǎn)生業(yè)務(wù)干擾的問(wèn)題，甚至?xí)?dǎo)致業(yè)務(wù)QOS需求因網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題無(wú)法得到保障，進(jìn)而限制業(yè)務(wù)的發(fā)展[1]。

得益于虛擬化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，依托于虛擬化技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在相同物理設(shè)施上進(jìn)行針對(duì)性管理編排，依據(jù)業(yè)務(wù)的差異化進(jìn)行針對(duì)性資源的分配，以此為單獨(dú)業(yè)務(wù)分配獨(dú)有資源，滿足不同業(yè)務(wù)的具體網(wǎng)絡(luò)需求。而業(yè)務(wù)在使用獨(dú)有資源時(shí)仍會(huì)以相同物理設(shè)施為依托，進(jìn)而在提升資源利用率的同時(shí)，促使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模效應(yīng)的體現(xiàn)，此分配模式的應(yīng)用即為網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，具體囊括：（1）智能手機(jī)切片。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能的分布、部署，進(jìn)行智能移動(dòng)終端的5G切片[2]。（2）自動(dòng)駕駛切片。自動(dòng)駕駛對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性、時(shí)延性、精準(zhǔn)性有較高的要求。需以時(shí)延為基準(zhǔn)在云邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行必須功能的安設(shè)，并通過(guò)開(kāi)放接口的定義實(shí)現(xiàn)垂直程序在云節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加載。（3）IOT切片。切片技術(shù)支持對(duì)傳感器等大型設(shè)備的切片。上述不同網(wǎng)絡(luò)需求與切片均以相同物理設(shè)施為基礎(chǔ)。

二、物聯(lián)網(wǎng)中5G切片技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

（一）網(wǎng)絡(luò)切片框架構(gòu)成

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需以SDN、NFV技術(shù)為依托，其中NFV技術(shù)主要是依據(jù)對(duì)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，虛擬資源分配時(shí)利用NFVO進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源有效分配，并在數(shù)據(jù)中心虛擬機(jī)中進(jìn)行自動(dòng)化的應(yīng)用部署[3]。立足于不同的應(yīng)用，其網(wǎng)絡(luò)資源與虛擬機(jī)的分配均具備獨(dú)有性和針對(duì)性;而針對(duì)CDN技術(shù)，主要是依托于轉(zhuǎn)發(fā)分離與控制的理念，在SDN控制器中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制能力的集成，運(yùn)行期間各業(yè)務(wù)均有SDN控制器進(jìn)行IP轉(zhuǎn)發(fā)路徑的控制，確保其業(yè)務(wù)相應(yīng)的QOS得到充分的保障與支撐。

分析網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)的不同構(gòu)成：（1）云數(shù)據(jù)中心。主要是網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)資源的提供，具體提供對(duì)象包括各個(gè)業(yè)務(wù)以及VNF，具備實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)。（2）VIM。主要是進(jìn)行物理設(shè)施與數(shù)據(jù)中心虛擬資源的管理，并具備虛擬機(jī)分配的作用，需在虛擬機(jī)運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)化的狀態(tài)監(jiān)控。（3）SDN控制器。以特定管理范圍為依據(jù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控，依據(jù)對(duì)業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)路徑的確定與明晰，進(jìn)行處理策略的制定。（4）VNF。主要是指存在于虛擬化網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，VNF可體現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)切片中的應(yīng)用。（5）VNFM。是指VNF管理器，其功能作用為VNF的周期性管理，運(yùn)行期間與VIM相配合，以O(shè)rchestrator為依據(jù)在虛擬機(jī)上進(jìn)行VNF的分配[5]。（6）NFVO。是指VFV編排器，功能體現(xiàn)為周期性管理相關(guān)業(yè)務(wù)，并具備全局跨域資源管理的作用，囊括資源包括接入網(wǎng)、跨數(shù)據(jù)中心等，依托于業(yè)務(wù)需求的分析進(jìn)行虛擬化資源合理選擇。以NFVO為依托，可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片管理功能拓展，具體包括：①以切片網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)需求的下發(fā)與管理。②以切片業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行靜態(tài)需求的下發(fā)與管理。

（二）網(wǎng)絡(luò)切片的創(chuàng)建

分析網(wǎng)絡(luò)切片的具體創(chuàng)建過(guò)程，體現(xiàn)為：（1）網(wǎng)絡(luò)切片創(chuàng)建時(shí)，其切片管理器會(huì)進(jìn)行切片需求資源的分析，并將其資源需求通知NFVO。（2）待NFVO得知切片資源需求后，在全局資源中為切片創(chuàng)建找尋契合的網(wǎng)絡(luò)資源，包括網(wǎng)絡(luò)傳輸、虛擬機(jī)資源等，若情況必要需對(duì)資源利用VIM進(jìn)行預(yù)留[5]。（3）進(jìn)行VIM與VNFM的相配合，可以是專有VNFM，也可以是通用VNFM，在分配完成的虛擬機(jī)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用的部署，并運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用。（4）若切片所需資源存在跨數(shù)據(jù)中心的情況，需通過(guò)告知SDN控制器進(jìn)行IP傳輸QOS保障的提供，確保IP傳送路徑的合理性。

結(jié)束語(yǔ)：

5G進(jìn)程已然得到一定的推進(jìn)與建設(shè)，而在5G時(shí)代背景下，智能家居、智慧城市、自動(dòng)駕駛、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)會(huì)有差異化的網(wǎng)絡(luò)需求，要想為不同業(yè)務(wù)QOS提供保障，需重視對(duì)切片技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，以此在為不同業(yè)務(wù)分配獨(dú)有資源的同時(shí)，促使多元化的QOS需求得到保障。

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作者簡(jiǎn)介：

劉智宇（1989-9），男，漢族，遼寧錦州人，通信工程學(xué)士，任職于吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司工程師，研究方向：傳輸專業(yè)。