網(wǎng)絡(luò)切片構(gòu)建可定制化的5G 網(wǎng)絡(luò)

曹原

(廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東廣州，510630)

0 引言

在2020 年即將實現(xiàn)商用化的5G 被廣泛提起，提到5G就不得不提網(wǎng)絡(luò)切片(Network Slicing)，作為5G 中被討論最多的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片對于5G 的意義可謂巨大。“通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)對一張網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切分，使得切分后的“單片網(wǎng)絡(luò)”能夠提供定制化、相互隔離、質(zhì)量可保證的端到端‘專用’網(wǎng)絡(luò)。在5G 萬物互聯(lián)時代背景下，網(wǎng)絡(luò)切片將以服務(wù)的形式滿足垂直行業(yè)的定制化需求。”楊志強(qiáng)表示。

同時，楊志強(qiáng)認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)有三大優(yōu)勢，就是可定制性、端到端的可靠保證和統(tǒng)一平臺。可定制性是面向5G 網(wǎng)絡(luò)垂直行業(yè)下用戶場景需求，精準(zhǔn)定制組網(wǎng)方案、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)功能；端到端質(zhì)量的可靠保證是相互獨立單片網(wǎng)絡(luò)，能夠為用戶提供從設(shè)備終端到核心網(wǎng)的端到端可靠網(wǎng)絡(luò)通信，滿足垂直行業(yè)的SLA 性能指標(biāo)質(zhì)量要求；統(tǒng)一平臺是基于NFV/SDN 等技術(shù)管理的網(wǎng)絡(luò)通用基礎(chǔ)設(shè)施，便捷、靈活、低成本的構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)切片。

1 網(wǎng)絡(luò)切片的定義和應(yīng)用場景

與交通類似，我們經(jīng)常把網(wǎng)絡(luò)比喻為道路，車輛是用戶或者網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。道路上車輛增多會帶來擁堵。為了緩解交通道路擁堵，交通部門根據(jù)不同的車輛、運營方式進(jìn)行分流管理，比如設(shè)置BRT 快速公交通道，非機(jī)動車專用通道等。網(wǎng)絡(luò)亦是如此，要實現(xiàn)從人-人連接到萬物能夠互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)量將會成倍增長，網(wǎng)絡(luò)也必將會越來越擁堵，越來越復(fù)雜；我們就得像交通管理對道路進(jìn)行分流一樣對網(wǎng)絡(luò)實行分流管理，這時候就引入了網(wǎng)絡(luò)切片的概念。網(wǎng)絡(luò)切片本質(zhì)上是將現(xiàn)有的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源基于時延、帶寬、連接數(shù)等性能指標(biāo)以用戶不同的服務(wù)類型和應(yīng)用場景為背景劃分的多個按需定制的網(wǎng)絡(luò)。便于靈活、高效、便捷的應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下紛雜的網(wǎng)絡(luò)通信的市場需求。

5G 本著萬物互聯(lián)的初衷，不僅僅應(yīng)用人與人之間的通信，更注重物與人、物與物之間的通信。

eMBB（增強(qiáng)型移動寬帶）：eMBB 場景對網(wǎng)絡(luò)的上行和下行峰值速率要求很高，同時對網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率和移動性有要求，針對的是大流量移動寬帶業(yè)務(wù)；

mMTC（海量機(jī)器通信）：mMTC 場景下，網(wǎng)絡(luò)的連接數(shù)量比較多，連接密度很高；只要面向以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的通信；

uRLLC（高可靠低時延通信）：低時延，高可靠性，主要面未來網(wǎng)絡(luò)通信工業(yè)控制和人工智能等物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的應(yīng)用需求。

在5G 的三大應(yīng)用場景中，除了eMBB 和以往的通信網(wǎng)絡(luò)一樣用于提升人與人之間的通用戶通信體驗外，mMTC 和uRLLC 都是屬于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。不僅限于eMBB、uRLLC、mMTC這三類。

由于5G 將支持多種用例和新服務(wù)，這些新的用例和服務(wù)將在功能方面對網(wǎng)絡(luò)提出不同的要求，并且它們的性能要求會有很大差異，難以通過一張網(wǎng)絡(luò)來滿足。運營商如何能夠按照不同物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求，定制互相獨立運營，穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡(luò)，成了技術(shù)實現(xiàn)上急需解決的問題。

例如給eMBB，mMTC 和uRLLC 分別構(gòu)建一張子網(wǎng)，這些網(wǎng)絡(luò)之間互相獨立，互不影響，依舊使用QoS 來管理每一張子網(wǎng)內(nèi)部的不同業(yè)務(wù)。并且在同一類子網(wǎng)絡(luò)之下，還可以再次進(jìn)行資源的劃分，形成更低一層的子網(wǎng)絡(luò)，比如mMTC 子網(wǎng)絡(luò)還可以按需分為：智能停車子網(wǎng)絡(luò)，自動抄表子網(wǎng)絡(luò)，智慧農(nóng)業(yè)子網(wǎng)絡(luò)等等。

把QoS 相當(dāng)于從二維擴(kuò)展到了三維甚至在技術(shù)實現(xiàn)上可以達(dá)到多維，這些相互隔離的子網(wǎng)絡(luò)就叫做網(wǎng)絡(luò)切片或者子切片。

虛擬現(xiàn)實VR：VR 4K 直播需要較高的上傳和下載速度，對網(wǎng)絡(luò)的移動性和容量有較高的要求，通過5G 網(wǎng)絡(luò)切片，還可以實現(xiàn)超低時延的VR 直播互動；

自動駕駛汽車：汽車傳感器感知周圍的環(huán)境，并根據(jù)采集到的環(huán)境信息，智能終端進(jìn)行分析決策，作出反應(yīng)。每一個環(huán)節(jié)都是微秒級的低時延，需要具備高可靠性和安全性，否則會帶來嚴(yán)重的后果。利用5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可定制低延時、可靠性達(dá)到99.999%的專用網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足自動駕駛對網(wǎng)絡(luò)的需求。

智能電網(wǎng)：用5G 網(wǎng)絡(luò)切片來承載電網(wǎng)業(yè)務(wù)是一種新的嘗試，將運營商的網(wǎng)絡(luò)資源以相互隔離的邏輯網(wǎng)絡(luò)切片，按需提供給電網(wǎng)公司使用，可以應(yīng)用在智能電網(wǎng)用電信息采集、分布式電源、電動汽車充電樁控制、配電自動化、低壓集抄、電站巡檢機(jī)器人等業(yè)務(wù)。

5G 的技術(shù)實現(xiàn)和商用，將提供可定制的同喜網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源，適配不同領(lǐng)域不同應(yīng)用場景下業(yè)務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)連接特性，推動各行業(yè)的信息化轉(zhuǎn)型和快速發(fā)展。

2 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切分的技術(shù)（NFV 和SDN）

網(wǎng)絡(luò)模塊作為一個有機(jī)整體被統(tǒng)一管理，是切片技術(shù)切割網(wǎng)絡(luò)的前提，NFV 和SDN 技術(shù)可以協(xié)助5G 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)基礎(chǔ)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和切分。

NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）。通用服務(wù)器處理能力的增強(qiáng)，使得網(wǎng)絡(luò)能夠虛擬化一部分資源作為虛擬化層，將網(wǎng)絡(luò)中的計算（類似電腦的CPU，內(nèi)存）、存儲（類似電腦的硬盤），以及網(wǎng)絡(luò)（類似電腦的網(wǎng)卡）這些資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，按需劃分。

SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)每臺設(shè)備都包含獨立的控制平面，數(shù)據(jù)平面，SDN 引入了中樞控制節(jié)點：控制器，統(tǒng)一指揮下層設(shè)備的數(shù)據(jù)往哪里發(fā)，下層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只需要照著執(zhí)行即可。這樣，就像網(wǎng)絡(luò)就有了思考的能力，可以實現(xiàn)控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離，變得更加靈活，也增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。

eMBB、uRLLC、mMTC 就是5G 網(wǎng)絡(luò)下根據(jù)業(yè)務(wù)需求對網(wǎng)絡(luò)從用戶數(shù)、QoS、帶寬等方面的不同要求，定義的三個通信服務(wù)類型，對應(yīng)劃分出的三種不同類型的切片。

圖1 5G 端到端網(wǎng)絡(luò)切片

3 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的實現(xiàn)使得5G 網(wǎng)絡(luò)更加用途多樣、靈活方便。

虛擬化、隔離性、按需定制、端到端是網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的四個重要特征，虛擬化需要基于NFV/SDN 的技術(shù)統(tǒng)一管理和切分物理網(wǎng)絡(luò)自出資源，虛擬出切片網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)切片；隔離性要求切分的單片網(wǎng)絡(luò)之間相互隔離，互不影響，同時網(wǎng)絡(luò)切片的具備較高的可靠性，一個網(wǎng)絡(luò)切片發(fā)生故障不會對其他切片的通信帶來障礙；按需定制是能夠根據(jù)用戶的應(yīng)用場景和服務(wù)類型需求量身定制網(wǎng)絡(luò)切片，端到端是要從設(shè)備終端到接入網(wǎng)到傳輸網(wǎng)再到核心網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)切片。

目前來看，利用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，基本可以實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)場景下不同服務(wù)類型的可定制化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求，但是網(wǎng)絡(luò)切片還是面臨一些挑戰(zhàn)。例如：如何抽象網(wǎng)絡(luò)切片資源網(wǎng)絡(luò)切片；如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的有效隔離；如何高效管理。隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)行業(yè)的磨合，將會衍生出越來越紛雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)類型越趨于多樣化和復(fù)雜化，甚至需要綜合網(wǎng)絡(luò)的幾項性能指標(biāo)，比如既需要高可靠低時延通信，也有比較多的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)。網(wǎng)絡(luò)切片的技術(shù)，讓網(wǎng)絡(luò)的可定制成為現(xiàn)實，運營商通過對網(wǎng)絡(luò)切片的運營，可以為垂直行業(yè)提供實驗、部署和管理的平臺，甚至提供端到端的服務(wù)。未來網(wǎng)絡(luò)切片的發(fā)展需要在市場的檢驗下，各行業(yè)和和政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)的協(xié)同推動，才能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化。