IP網(wǎng)絡(luò)與 5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)及應(yīng)用分析

關(guān)鍵詞：IP網(wǎng)絡(luò)；5G網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)切片

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.07.034

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2025）07-0107-03

Analysis of IP Network 5G Network Slicing Technology Its Applications

LIU Ouming

Abstract： With the rapid development of information technology， IPv6 5G networks have become an important focus in the fieldof contemporary network communications.IPv6 effectivelycopes with the challengeof IPv4 addressresource exhaustion lays the foundation for the vigorous development ofcutting-edge technologies such as the Internet of Things cloud computing.5G networks are leading a major innovation in mobile communication technology with their fasterspeed，lower latency stronger connectivity.This paper summarizes the development status significance of network slicing，introduces the design architecture of network slicing in detail， explains the application of network slicing in real life.

Keywords： IP network; 5G network; network slicing

網(wǎng)絡(luò)切片屬于一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該技術(shù)可以在同一共享的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上創(chuàng)建多個(gè)邏輯獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)都專注于服務(wù)特定的業(yè)務(wù)類型或行業(yè)用戶。這些網(wǎng)絡(luò)切片具備高度的靈活性，能夠自定義其邏輯拓?fù)洹⒎?wù)等級(jí)協(xié)議需求、可靠性及安全等級(jí)，從而有效應(yīng)對(duì)不同業(yè)務(wù)、行業(yè)或用戶之間的多樣化需求[1]。

1網(wǎng)絡(luò)切片簡(jiǎn)介

1.1網(wǎng)絡(luò)切片的重要意義

隨著5G和云時(shí)代的到來，多樣化新業(yè)務(wù)層出不窮，各行業(yè)、業(yè)務(wù)及用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量提出了多元化要求。例如，移動(dòng)通信、智能家居等需要海量設(shè)備連接及小報(bào)文頻發(fā)；網(wǎng)絡(luò)直播、視頻回傳等追求高傳輸速率；而車聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)等則要求毫秒級(jí)時(shí)延及高可靠性。為滿足這些需求，5G網(wǎng)絡(luò)需具備海量接入、確定性時(shí)延及極高可靠性等特性。因此，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它能在通用的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上創(chuàng)建多個(gè)專用、虛擬且相互隔離的邏輯網(wǎng)絡(luò)，以便靈活適應(yīng)不同客戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的個(gè)性化需求[2]。

1.2網(wǎng)絡(luò)切片的研究現(xiàn)狀

網(wǎng)絡(luò)切片作為一種重要的架構(gòu)創(chuàng)新，其核心在于通過虛擬化技術(shù)，將單一的物理網(wǎng)絡(luò)分割成多個(gè)邏輯上獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)切片，每個(gè)切片都能根據(jù)特定業(yè)務(wù)的需求提供定制化的服務(wù)[3]。3GPP在5G網(wǎng)絡(luò)切片方面的研究重點(diǎn)包括網(wǎng)絡(luò)切片的架構(gòu)設(shè)計(jì)、資源管理、性能優(yōu)化等方面。通過這些研究，3GPP旨在為無線網(wǎng)絡(luò)切片提供全面的技術(shù)支持，確保其在實(shí)際應(yīng)用中的高效性和可靠性。與此同時(shí)，IETF主導(dǎo)的IP網(wǎng)絡(luò)切片的技術(shù)研究，涵蓋了協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、架構(gòu)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。IETF的研究工作包括如何在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)資源隔離、服務(wù)質(zhì)量保障等問題。

2 網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計(jì)架構(gòu)

2.15G網(wǎng)絡(luò)切片的整體架構(gòu)

在5G各種新應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)下，移動(dòng)通信領(lǐng)域率先提出了網(wǎng)絡(luò)切片的概念。5G網(wǎng)絡(luò)切片是提供特定網(wǎng)絡(luò)能力的端到端邏輯專用網(wǎng)絡(luò)，由RAN（RadioAccessNetwork，無線接入網(wǎng)）、TN（TransportNetwork，傳輸網(wǎng)）和CN（CoreNetwork，核心網(wǎng)）這三個(gè)技術(shù)域的網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)組成[4]。5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片管理架構(gòu)分為三個(gè)部分，通信業(yè)務(wù)管理功能負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換通信服務(wù)需求為網(wǎng)絡(luò)切片需求，并與網(wǎng)絡(luò)切片管理部分進(jìn)行交互；網(wǎng)絡(luò)切片管理功能位于通信業(yè)務(wù)管理功能下一層，與之相對(duì)應(yīng)的是運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)，用于管理并編排網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)切片需求推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)的具體需求，并與網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理功能以及通信服務(wù)管理功能保持通信；網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理則專注于管理和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)實(shí)例，與網(wǎng)絡(luò)切片管理功能進(jìn)行信息交換。整體架構(gòu)如圖1所示。

圖15G網(wǎng)絡(luò)切片整體架構(gòu)圖

2.2IP網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)

IP網(wǎng)絡(luò)切片的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)通常可以劃分為三個(gè)層次，分別是網(wǎng)絡(luò)切片管理層、網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例層和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層[5]。這種分層架構(gòu)有助于管理和組織復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)切片系統(tǒng)，使其更加高效和靈活，如圖2所示。

圖2IP網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)切片管理層負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)切片的規(guī)劃、部署、運(yùn)維和優(yōu)化，以滿足垂直行業(yè)的切片需求。為了實(shí)現(xiàn)5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片，該層還提供管理接口，與5G網(wǎng)絡(luò)切片管理器交互網(wǎng)絡(luò)切片需求和狀態(tài)等信息，并完成與RAN切片和CN切片之間的協(xié)商及對(duì)接。

網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例層的核心作用是在物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上創(chuàng)建多樣化的邏輯網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例，依據(jù)需求定制邏輯拓?fù)渑c連接，并將邏輯拓?fù)渑c連接與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層所分配的資源相結(jié)合，從而構(gòu)建出滿足特定業(yè)務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)切片。

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層由物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，是創(chuàng)建IP網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。為了滿足不同網(wǎng)絡(luò)切片場(chǎng)景的資源隔離和服務(wù)質(zhì)量保障需求，該層需要具備靈活的資源切分與預(yù)留能力，支持將物理網(wǎng)絡(luò)中的資源，如帶寬、隊(duì)列、緩存和調(diào)度資源等，按照需要的粒度劃分為相互隔離的多份，分別提供給不同的網(wǎng)絡(luò)切片使用。

3 網(wǎng)絡(luò)切片的具體應(yīng)用

3.1智慧醫(yī)療

智慧醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)切片的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括醫(yī)療設(shè)備的連接、遠(yuǎn)程醫(yī)療、病患管理、應(yīng)急救援等。該技術(shù)具有靈活性、高效性、安全性、可擴(kuò)展性等優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)的需求，靈活配置和管理網(wǎng)絡(luò)資源。例如，可以根據(jù)醫(yī)療設(shè)備的類型和用途，為其分配不同的網(wǎng)絡(luò)切片，以滿足其特定的網(wǎng)絡(luò)需求[。其次，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用，例如，將網(wǎng)絡(luò)資源分配給高優(yōu)先級(jí)的醫(yī)療業(yè)務(wù)，確保其在網(wǎng)絡(luò)擁堵情況下的穩(wěn)定性和可靠性。再者，該技術(shù)可以為不同業(yè)務(wù)提供獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，避免不同業(yè)務(wù)之間的干擾和影響。例如，為遠(yuǎn)程醫(yī)療業(yè)務(wù)提供獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)切片，確保其數(shù)據(jù)的安全傳輸和存儲(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)還可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求的變化，靈活擴(kuò)展和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源。例如，當(dāng)醫(yī)院需要增加新的醫(yī)療設(shè)備時(shí)，可以通過切片技術(shù)，為其分配新的網(wǎng)絡(luò)切片，確保其正常運(yùn)行。

3.2智慧港口

智慧港口利用先進(jìn)的信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過數(shù)據(jù)的采集、分析和運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)港口運(yùn)營(yíng)的智能化、高效化和可持續(xù)發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在智慧港口的建設(shè)中扮演著至關(guān)重要的角色。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以幫助智慧港口實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)隔離和資源優(yōu)化。例如，可以為堆場(chǎng)管理、船舶計(jì)劃、智能安防等不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景創(chuàng)建不同的網(wǎng)絡(luò)切片，每個(gè)切片都可以根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行定制和優(yōu)化。在堆場(chǎng)管理場(chǎng)景中，網(wǎng)絡(luò)切片可以確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和處理，從而提高裝卸效率和貨物周轉(zhuǎn)速度。通過分析貨物流動(dòng)的數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化貨物裝卸的路徑和順序，減少等待時(shí)間和資源浪費(fèi)。在船舶計(jì)劃場(chǎng)景中，網(wǎng)絡(luò)切片可以提供高優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，確保船舶調(diào)度信息的快速傳輸和處理。這有助于提高船舶的周轉(zhuǎn)效率，減少船舶在港時(shí)間，提高港口的整體運(yùn)營(yíng)效率。在智能安防場(chǎng)景中，網(wǎng)絡(luò)切片可以提供高安全性的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，確保監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和處理。通過在港口范圍內(nèi)部署監(jiān)控?cái)z像頭、無人機(jī)和智能感知設(shè)備，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)港口的安全狀況和環(huán)境指標(biāo)。

3.3智慧企業(yè)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，企業(yè)正加速邁向智能化與數(shù)字化的轉(zhuǎn)型之路。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為企業(yè)提供了更加靈活和高效的網(wǎng)絡(luò)解決方案，助力智慧企業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。智慧企業(yè)主要包括生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈管理、客戶服務(wù)等業(yè)務(wù)場(chǎng)景，網(wǎng)絡(luò)切片可以根據(jù)具體需求進(jìn)行隔離。在生產(chǎn)制造方面，網(wǎng)絡(luò)切片能夠保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性與有效性，達(dá)到提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的目的。生產(chǎn)線上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使得生產(chǎn)流程的分析與優(yōu)化更便捷，增加安全性與可靠性。在供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠依據(jù)服務(wù)的優(yōu)先級(jí)靈活調(diào)整處理策略，從而顯著提升供應(yīng)鏈的透明度與響應(yīng)效率，有效削減庫存成本及物流開支。在客戶服務(wù)方面，該技術(shù)以其卓越的安全性，確保了客戶數(shù)據(jù)的即時(shí)、安全傳輸。進(jìn)一步地，通過深度分析客戶的行為數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠助力提供量身定制的服務(wù)與產(chǎn)品推薦，進(jìn)而增強(qiáng)客戶的滿意度與忠誠度。

4 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)切片是5G時(shí)代的標(biāo)志性技術(shù)，為運(yùn)營(yíng)商打開了廣闊的行業(yè)應(yīng)用新市場(chǎng)的大門，同時(shí)也為行業(yè)市場(chǎng)帶來了服務(wù)質(zhì)量可承諾、安全可靠、可管可控的差異化服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)切片的理念、架構(gòu)和技術(shù)方案，將會(huì)在更加廣闊的業(yè)務(wù)場(chǎng)景中持續(xù)得到印證和完善，并通過不斷擴(kuò)大的部署和應(yīng)用，為運(yùn)營(yíng)商和各個(gè)行業(yè)、企業(yè)用戶帶來更大的價(jià)值。

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