解析工業互聯網中5G切片技術

董昱呈，伊學博，焦 毅

（中國移動通信集團內蒙古有限公司，內蒙古 呼和浩特 010010）

1 網絡切片的概念

網絡切片就是借助相應技術，將現有的網絡進行切片化處理，以此滿足不同的網絡服務需求，在此過程中所使用到的技術就叫作切片技術。在實際工業互聯網應用和運行的過程中，由于不同業務對于網絡有不同的需求，為進一步提高資源利用率，需要結合實際業務需求，應用網絡切片技術將有限的網絡轉換為多個獨立、虛擬的子網絡。5G網絡切片如圖1所示。

圖1 5G網絡切片

2 5G網絡切片的實際意義

在工業互聯網中應用5G網絡切片技術的意義和功能主要體現在以下幾個方面。第一，由于網絡切片的基本特點，在實際將其應用到工業互聯網當中時，能夠實現對于資源的有效隔離，進一步保障了不同業務環節以及相關數據之間的獨立性，確保了工業數據安全。第二，應用網絡切片技術能夠在降低工業互聯網運行成本的情況之下，滿足不用工業生產不同環節以及場景的實際需求，有著一定的功能定制作用。第三，與此同時，網絡切片技術還能夠保障工業互聯網的運行質量以及可靠性[1]。

3 工業互聯網中5G網絡切片管理方案

工業互聯網主要應用的是5G2B切片，此類切片主要是應用于工作、電網、車聯網以及醫療等方面。在工業互聯網中應用該網絡切片技術的過程中，為保障網絡運行效果和質量，建議在進行大區部署過程中，采用一對多的方式，進行多級NSMF部署，以此實現跨大區核心網子切片的部署，并由NSSMF承擔本大區核心網子切片的相關部署責任。在實際進行部切片部署的過程中，需要按照省份進行劃分部署，并結合不同行業、服務質量需求以及經濟成本等多個方面進行綜合考量，合理進行網絡切片設計。此外，還需要構建網絡共享切片管理系統，并以此為依托展開切片的標識、規劃、設計以及相關管理工作，避免出現部署沖突等情況，同時實現網絡切片的集中管理，進一步促進業務的推廣和應用。在進行切片部署和管理的初期，可以使用廠家管理系統，以便業務的快速推廣，隨著后期工業企業互聯網建設的逐步完善，需要取代廠家切片管理系統，對網絡切片進行集中管理。

4 工業互聯網中5G網絡切片部署方案

4.1 eMBB場景切片部署

在工業互聯網中進行5G網絡切片部署的過程中，eMBB切片部署的主要目的是給工業互聯網提供大寬帶服務，以此滿足企業對于高清視頻的需求，實現對于重要場景和現場的實時監測，此類網絡通常要求寬帶達到10M級別。在組網方面，工業互聯網要求2B切片能夠分別面向人和物進行部署，其中面向人的2B網絡切片需要能夠與2C切片進行共享，而對于物的2B網絡切片需要與2C切片互相獨立。對于通用行業而言，可對2B切片進行AMF/UDM/PCF等的共享部署，此外，在進行UPF部署的過程中，需要結合行業的實際需求有針對性地進行新切片的部署和疊加，還可以結合行業實際情況，采取獨立或者共享的切片部署策略，例如，對于安全性要求較高的工業企業而言，需要對其2BeMBB切片進行獨立部署。

4.2 mMTC場景切片部署

mMTC場景切片主要是用于海量連接需求以及室內定位方面，例如，智能家居設備、家庭監控、室內定位等多個方面。在工業互聯網建設過程中，進行mMTC切片部署時，可發揮mMTC切片的海量連接功能，其網絡切片通常面向的是物聯網設備，由于此類物聯網設備對于網絡隔離性的要求相對較低，因此在實際進行切片部署的過程中，成本也相對較低，與4G普通物聯網業務有著一定的相似性，通常一個實例能夠承載多種物聯網業務，并且能夠實現對于相關數據的集中管理，在成本控制和物聯網管理方面都有著較大的優勢。

4.3 uRLLC場景切片部署

uRLLC切片常用于工業機械遠程控制以及電網差動保護等多個方面，主要針對的是超低時延業務，此類業務的時延要求控制在1-10ms之間。在進行組網設計的過程中，uRLLC切片的部署要求UPF下沉靠近終端側，并且需要將其部署在邊緣DC，通常情況下部署的位置在市、縣區工業園區等，而且還需要將AMF/PCF/UDM等網元進行獨立部署，以此滿足其較高的安全性要求。除此之外，在特定要求之下，uRLLC切片還可能會與其他切片進行協同部署，例如，在工業互聯網建設過程中，不僅要求網絡具有高寬帶特點，還需要能夠滿足低時延要求時，就需要進行切片協同部署。對于此類情況，在進行組網部署的過程中，通常有兩種方式，其一就是將兩個切片采用雙UE、雙核心網的方式分別進行獨立構建；其二就是使用同一個UE連接多個網絡切片，并且共享核心網，但是此類構建方式對于UE以及基站有著較高的要求[2]。

5 工業互聯網中網絡切片參數設計

在進行工業互聯網5G網絡切片部署的過程中，為進一步保障網絡切片服務質量，需要對SLA相關參數進行設計。SLA具體參數及其相關分析如下：第一，切片類型，可選取eMMB、mMTC、uRLLC、V2X等，在實際進行切片設計的過程中，需要根據切片類型，進行總體組網架構的設計和規劃；第二，覆蓋區域，按照實際網絡需求進行確定，覆蓋范圍涉及全國、省、地市、園區以及工廠內部等多種情況，在實際進行切片設計的過程中，終端可以與特定的網絡切片區域進行連接，并結合區域實際情況來確定切片部署中心；第三，最大終端數，該參數的確定需要結合實際用戶需求，進行合理設計，并根據確定好的最大終端數和網元容量，對所需要部署的網元數量進行計算；第四，安全隔離，網絡切片的安全隔離等級從一至四共四個等級，在實際進行切片設計的過程中，需要根據所確定好的安全等級，選擇相應DC、物理機以及虛擬機；第五，時延設計，參考取值范圍為1到100ms不等；第六，數據接入方式，包括互聯網、本地接入以及專線連接等；第七，電信級業務可用性，通常為5個9，在實際進行設計的過程中需要重點考量網元容災情況，然后再進行合理的部署和設計；第八，用戶速率，參考范圍為50M到150M之間，用戶速率是進行網絡切片設計過程中的重要參數，在實際設計時，需要根據所確定的用戶速率以及用戶數量，進行總寬帶的計算和UPF數量的估計；第九，切片的共享方式，參考范圍為GroupA-C，需要確定好與其他切片共享的網元。在實際進行工業互聯網5G切片設計的過程中，可選取SLA中最為重要的四個參數，即切片類型、覆蓋區域、安全隔離以及時延。

6 工業互聯網中切片技術組網方案

網絡切片技術的有效應用，給我國工業互聯網的發展帶來了極大的機遇，同時，也在一定程度上改變了網絡結構和組網方式。為進一步保障切片技術應用下網絡時延符合現代工業發展需求，需要進一步對組網方式進行優化，當前在工業互聯網切片設計的過程中，有以下四種常用的組網方式。

第一，UPF下沉式，這種組網模式需要集中對控制面進行維護，而用戶面則由省內負責維護。第二，為SMF與UPF共同下沉的組網模式，這種模式下的核心DC網元需要進行集中維護，而下沉的兩個網元在省內進行維護即可。第三，為AMF、SMF以及UPF共同下沉模式，此時需集中維護核心DC網元，下沉的三個網元則需要省內維護。第四，所有網元整體下沉模式，這種組網方式更加適用于客戶規模較大的情況，其維護方式可以根據實際情況選擇分省維護或者獨立維護。

7 結束語

綜上所述，5G網絡作為當前工業互聯網發展過程中的關鍵通信網絡，合理應用其中的網絡切片技術能夠進一步實現對于有限網絡資源的合理配置，以較低成本滿足用戶的網絡需求。在實際應用5G網絡切片技術的過程中，要結合實際工業互聯網需求合理進行網絡切片的管理、部署和設計。相信隨著對5G網絡切片技術的深入研究，我國工業互聯網將會得到更好的發展。