未來5G網絡切片技術的研究分析

李旭姣，袁丹丹

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

隨著5G時代的來臨，運營商、設備廠商以及標準組織等都開展了相關技術體系的研究，并且落實了具體的測試機制。其中，網絡切片技術成為了各行業最支持的理想化5G網絡架構核心，具有深遠的研究價值。

1 5G網絡切片技術概述

在通信技術不斷發展的時代背景下，差異化的應用場景會對網絡產生不同的需求，這些需求中甚至會存在一定的對立性，單一化的網絡模式已經無法滿足人們對于網絡資源的應用要求，不僅會影響網絡架構的合理性，而且會對資源共享效率和管理水平形成制約，因此差異化場景需求的供給成為了5G技術發展的關鍵。為有效解決差異化需求供給問題，網絡切片技術由此應運而生[1]。在5G網絡切片技術體系中，借助虛擬化的處理模式，將物理網絡劃分為不同的虛擬邏輯子網，以應對不同的應用場景，有效實現網絡功能和資源的合理分配。需要注意的是，子網之間會遵循一定的邏輯性，配合網絡功能要求和協議就能實現網絡體系的改革與升級。

另外，在5G網絡切片技術體系中，網絡資源和部署方案都要進行解耦處理，有效支持資源動態擴容縮容的具體調整動作，為網絡服務靈活性和多樣性的落實創設良好的平臺，真正意義上增強網絡資源的應用效能。

2 5G網絡切片技術功能需求

隨著5G技術的不斷發展和進步，切片技術功能要求更加多元，不僅支持可伸縮性、移動性以及高效內容傳輸要求，還要允許運營商結合客戶的個性化需求落實專用的邏輯網絡模式，保證整體多樣化發展的合理性。基于此，要明確5G網絡切片技術的功能內容[2]。

2.1 業務獲取

在5G網絡切片技術體系中，要保證5G系統能為用戶終端提供相應的網絡運行環境，從一個運營商到一個或者是多個網絡切片所屬位置，形成對應信息片段，以便于建立更加可靠的業務模型，維持工作體系的規范性。與此同時，運營商要結合不同的業務場景需求創建相應的網絡切片，以維持應用控制的規范性。值得一提的是，網絡切片是對整個物理網絡的分割，每個網絡切片子單元都呈現出相互隔離的狀態，有效規避了一個切片數據通信對另一個切片數據產生的影響。網絡切片技術的物理架構如圖1所示。

圖1 網絡切片技術的物理架構

2.2 合理授權

在應用5G網絡切片技術體系的過程中，運營商會利用第三方的形式借助應用程序編程接口（Application Programming Interface，API）完成切片網絡單元的實時性管理，從而真正意義上建立完整的分析控制體系。與此同時，5G系統支持網絡切片在合理授權范圍能修改不影響用戶訪問的切片服務內容，并且及時提供更加全面且規范的服務。例如，借助網絡切片的增加、刪除、更新等基礎功能，打造更加科學的網絡構架[3]。

2.3 資源管理

在5G系統網絡切片技術體系中，對資源管理的應用和控制非常重要，因此需要支持端對端的資源控制，也就是說，要將接入網和核心網的資源管理作為基礎控制模式。在此基礎上，保證5G系統在支持接入相同網絡用戶體驗（User Experience，UE）的同時，能進行用戶面數據的交互管理，支持運營商在多個特定網絡切片中完成服務工作[4]。

2.4 彈性容量

基于5G系統的特點，在5G網絡切片技術應用體系中，要滿足彈性容量的基本需求，建立健全、可控、合理的應用管理平臺，并且保證相應分析內容和管理項目都能落實到位。最關鍵的是，網絡切片自身具備了彈性容量，能有效減少對其他的切片產生的影響。

綜上所述，在全面分析5G系統網絡切片技術功能需求的同時，要整合功能限制的內容，并從分析模式和具體管理機制出發，保證用戶被分配到適當的網絡切片應用環境中，以維持整體控制效果和應用質量水平[5]。

3 5G網絡切片技術實現

基于5G網絡切片技術的應用功能需求，在技術實現的過程中要充分融合具體要素，保證網絡切片技術的性能最優化。

3.1 建立網絡架構

相較于4G網絡，5G系統能在無線網絡技術升級的同時更好地提升系統運行的靈活性，并且建立端對端的靈活控制模式，保證模塊可以直接完成計算分析[6]。

3.1.1 NFV模式

在5G技術發展進程中，網絡功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）和軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）技術是實現5G新型設施平臺的根本。其中，NFV借助軟件和硬件分離的模式，能為5G網絡提供更加具有彈性的基礎設施運行平臺，并實現組件化網絡功能的全面優化，秉持可重構應用原則，就能建立網絡功能和物理實體的合理化解耦，確保通用硬件可有效替代專用硬件，保證網絡部署的規范性。與此同時，還能更好地實現網元功能的實時性部署和管理，提高資源的利用率。

NFV模式之所以能夠得到推廣，是因為可以為切片之間的合理性隔離提供保障，不同切片虛擬資源能在共享的同時有效分配在不同物理設備中，具體特性如表1所示。

表1 不同物理設備資源分配特性

除此之外，在不同用戶之間借助NFV模式就能建立相匹配的信息隔離控制模塊，有效依據虛擬機規格、虛擬機網絡設置內容、私有鏡像等情況全面落實信息管控，避免信息泄漏造成的影響，維持共享安全性和可靠性[7]。

3.1.2 SDN模式

SDN模式指的是軟件定義網絡模式，基于對網絡設備控制面板和轉發面的實時性調整，有效形成科學化分離處理，保證網絡功能可編程且集中轉發，并在技術不斷升級的同時支持數據中心的應用。其架構最大的特點就是靈活性和動態性較好，能建立有效的業務需求處理控制結構，結合控制平臺整體表現可知，為調度網絡資源和可編程連接效果的優化創設了良好的區間[8]。

一方面，SDN模式借助網絡設備實現控制功能和轉發功能的分離處理，保證設備控制面相應功能內容更加集中和完整，配合統一的路由策略完成調度管理，實現靈活化網絡拓撲和轉發路由并行管理目標，簡化IP網絡的運維流程。另一方面，借助開放式的API能引導運營商借助業務編排更加合理的網絡服務模式，提高網絡增值效能。除此之外，5G系統在應用SDN模式的過程中還能匹配可編程部署應用的要求，打造真正意義上的端對端網絡實例化控制模式（圖2），部署在SDN架構位置實現端對端網絡切片邏輯分析，并建立網絡切片生命周期的實時性管控[9]。

圖2 端對端網絡實例化控制模式

3.2 網絡切片功能分析

在網絡切片技術應用的過程中，基于NFV和SDN能有效實現技術要求。前者利用虛擬化技術處理手段，配合NFVO就能建立網絡應用分配的虛擬資源池，并將相應應用直接部署在對應的虛擬設備上。后者則是借助控制和轉發分離的約束機制，能有效整合網絡控制功能，保證業務轉發路徑的規范性，并最大程度上維持服務質量（Quality of Service，QoS）。

一方面，切片能實現不同需求匹配不同服務等級協議（Service-Level Agreement，SLA）的目標，滿足差異化業務場景下用戶的體驗，并且針對每一種應用模式都要建立相應的網絡切片子[10]。本文以寬帶接入為例，在5G系統中實現移動通信網KPI數值的優化，具體參數如表2所示。另一方面，網絡切片技術的應用能最大程度上降低網絡的復雜度，借助虛擬化和軟件定義網絡就能設計更加靈活且可擴充的5G網絡應用平臺。

表2 5G系統中下一代移動通信網KPI

4 結 論

總而言之，5G系統網絡切片技術的應用和推廣是提高業務創新水平的重點，要整合網絡切片技術要求，結合用戶體驗，保證網絡性能指標更加合理和可控，從而優化5G系統的實際應用價值，為5G移動通信可持續健康發展奠定堅實基礎。