5G網絡端到端切片技術應用研究

劉 亨

（中國移動通信集團廣東有限公司 廣州分公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

在國家、運營商和相關行業的大力扶持下，5G網絡建設飛速發展。以網絡直播、智能駕駛和VR/AR等為代表的新型業務依托5G網絡蓬勃發展，并根據人們的需要不斷變化。隨著5G網絡建設程度不斷擴大和深入，新場景和新業務如雨后春筍般出現。以大帶寬、低時延和高可靠性為特征的高服務質量對于5G網絡提出新的要求，如何建設更加適合行業發展的5G網絡是今后重要的研究內容[1]。

網絡切片是基于應用場景和業務需求而設計的一種邏輯網絡方案，其目的是為了用現有的資源來滿足最多的業務需要。網絡切片是5G網絡的關鍵技術之一，它可以根據實際業務需求組建臨時邏輯網絡，以滿足不同場景業務的需要。通過靈活匹配不同業務和場景，在充分共享物理網絡資源的同時最大限度滿足用戶需求。具備以上特性，網絡切片可以保障業務的端到端服務等級協議。因此，網絡切片在運營商方面占有舉足輕重的地位。如何設計和規劃網絡切片是一個值得廣泛關注的研究熱點[2]。

1 網絡切片

5G網絡切片需要基于SA網絡架構實現。根據不同的業務需求，其目的功能也會有所差異。考慮到運營商的運維成本和用戶服務質量，網絡切片在具體要求方面有不同標準[3]。5G網絡切片包含組網、存儲運算和連接關系等技術域，其端到端架構設計如圖1所示。

圖1 5G端到端切片的網絡架構

運營商通過網絡切片可實現在多種差異業務場景下高效、動態、靈活的組網[4]。同時能夠結合業務需要分割不同業務網絡，保障不同用戶群體的需求。因此，運營商可以通過網絡切片實現高質量的運營，并使得多種業務獨立運行。

2 關鍵技術

一個端到端網絡切片需要多個領域協作，通過不同的網絡子切片靈活組網，實現在同一網絡下為不同業務提供高質量服務的目的。考慮到實際情況[5]，運營商需根據具體應用場景制定不同的關鍵指標（網絡性能、安全可靠性和網絡運維為重要參考指標）。關鍵參考指標及其內容見表1所列。

表1 關鍵參考指標及其內容

3 實現設計

網絡切片遵循“橫向協同，縱向到底”的原則，實現縱向無線、承載和核心網等三層切片管理功能，橫向實現網絡切片內部間的業務功能，完成5G端到端切片[6-7]。網絡切片的橫向和縱向功能管理如圖2所示。

圖2 網絡切片的橫向和縱向功能管理

3.1 無線子切片

物理層是5G網絡的系統底層，因此無線子切片對于網絡切片而言是最基層、最重要的組成部分。該部分包含切片資源的劃分、隔離、選擇、移動性管理和QoS等方面的內容。

3.1.1 協議棧功能

靈活的協議棧功能切片可有效提高5G網絡性能，以滿足差異化業務需求。將無線基站拆分為CU和DU功能單元：CU用來承載非實時業務，DU負責處理實時業務。可根據不同的業務指標動態將不同的功能分開并通過CU和DU分別執行。例如DU處理時延強相關業務，CU承載其他業務，簡化協議棧功能，極大提高了網絡處理能力。但CU和DU的功能不是固定的，可根據網絡需要交換兩者內部功能。

3.1.2 無線時頻資源

將無線時頻資源分為無線時頻資源硬切和無線時頻資源軟切。軟切相較于固定頻率的無線時頻資源切片而言，其優點是可以做到按需分配切片間的資源，極大地提高了不同業務對于不同無線時頻資源的利用效率。同時軟切可以根據切片業務實現實時調度管理，有效提高網絡的魯棒性。

3.2 承載子切片

SDN可以將承載視作資源池，將承載切割成網絡切片進行靈活分配，構造虛擬網絡可有效提高物理層和鏈路層間的業務交換能力。傳輸網采用網絡切片方式分割成多個虛擬網絡，將網絡物理層端口、節點和鏈路等拓撲資源虛擬化，提高網絡接入性能。同時分割出的虛擬網絡不僅具備獨立于其他虛擬網絡的承載功能，還能夠支持高層的各種業務。承載子切片可以靈活組合和分割，進一步提高了5G網絡的性能。

3.3 核心網子切片

核心網基于SBA重構。微服務按業務需求進行靈活編排，形成不同的切片。根據時延、可靠性和吞吐量等參數進行動態組合，以滿足不同業務需求。也可以根據需要添加或減少相應切片以滿足特殊業務場景需要。根據時延或帶寬等的不同，切片的微服務可以靈活部署在網絡的不同位置，以滿足不同業務場景需要。這使得運營商可以根據實際核心網絡情況動態調整切片方案，進一步降低網絡運維成本。

最后，經過無線、承載和核心網等縱向子切片的協同工作，為端到端的橫向切片eMBB、mMTC和uRLLC提供支撐，使不同的業務可以在不同的切片之上暢行。

4 結 語

5G網絡端到端切片針對未來多樣化的應用場景具有深遠的意義和影響。以5G端到端切片技術為研究對象，文章從無線子切片、承載子切片和核心網子切片等方面展開闡述，著重介紹在不同場景下端到端切片技術的側重方面和技術要求。考慮到未來業務場景會有革命性變革，網絡切片技術也會隨之改變，因此如何讓網絡切片技術更好地服務于5G網絡，仍舊是一個極具活力的開放性問題[8-10]。