淺談5G移動網絡切片技術及關鍵問題研究

◆錢 昭

（廣東省電信規劃設計院有限公司 江蘇 210029）

淺談5G移動網絡切片技術及關鍵問題研究

◆錢 昭

（廣東省電信規劃設計院有限公司 江蘇 210029）

隨著 5G 時代的到來，多種應用場景和差異化的業務需求不斷涌現，因不同的需求而產生不同的網絡切片。本文主要詳述了應用虛擬化技術對網絡切片進行管理的方法，并簡介以虛擬化技術為基礎來實現網絡切片。除此之外，為了給5G 移動網絡的進展提供了有力幫助，本文也探討了網絡切片與大數據、網絡開放技術相結合的總體架構。

5G；網絡切片；虛擬化；能力開放；總體架構

0 引言

移動通信網絡技術從上世紀90年代的2G時代到2010年左右興起的4G時代，雖然通信技術歷經30多年的不斷發展，網絡數據傳輸速度已經有了很大程度的提升，但2l世紀是一個信息大爆炸的時代，移動通信服務仍然面臨著巨大挑戰。因此，對 5G移動網絡通信技術的探究已勢不可擋。5G可以依托4G已有的良好的技術架構構建新的技術架構，作為新一代的移動網絡通信技術以取代 3G和4G。我國也極度重視5G發展，目前華為、中興及愛立信已進行了切片原型的研發和驗證，ITU-T牽頭網絡切片管理和編排的研究，IMT-2020（5G）推進組完成了中國5G技術研發試驗第一階段的相關測試。由于到目前為止全球沒有明確和統一5G技術的相關標準，所以國內外的研究人員正在努力尋求 5G移動通信的革命性技術及其統一實行的標準，相信不久的將來，5G網絡將會實現極高的速率、極大的容量和極低的時延，提高資源利用率。本文主要探討 5G通信的關鍵技術，并且論述目前國內外對 5G移動通信網絡的研究狀況，旨在為推進5G移動網絡的實行提供必要準備。

1 5G 系統中網絡切片技術的概念及特征

隨著網絡的發展，應用場景的多樣化對網絡的需求存在差異，如果在使用單一網絡的同時為多種應用場景提供服務，就會出現網絡管理效率和資源利用率下降、網絡框架異常復雜的不良情況。因此 5G 網絡需要一個融合核心網，能同時應對大量的差異化場景需求，網絡切片作為5G最重要的技術之一應運而生。

網絡切片技術指的是通過虛擬化把一個完整的物理網絡分解成多個獨立的邏輯網絡，每一個虛擬網絡都有相對應的應用場景。網絡切片是由一組網絡資源及其功能的集合，再由這些網絡功能促成完整的邏輯網絡，而各個邏輯網絡都可以利用特定的網絡特征來實現對應業務的需求。網絡切片是端到端的邏輯功能集合和其所需的物理或虛擬資源，包括接入網、核心網功能等，甚至需要回傳網絡和IP網絡的協同支持，網絡切片可認為是5G網絡中的虛擬化“專網”。通過協議定制與網絡功能，網絡切片可以給不同業務場地提供相應的網絡功能，其中各個切片都能獨立根據話務模型和業務場景的需求對功能的定制剪裁和相應的網絡資源進行編制和管理，這是5G 網絡架構的切片實例。

2 網絡切片的需求

網絡切片是運行一組網絡功能的資源以及特定的安置所組成的集合，這些網絡功能及其相應的配置聚集成一個完整的邏輯網絡，這樣的邏輯網絡滿足特定業務所需的網絡特征，為特定的業務場地提供相對應的網絡服務。

在系統和網絡功能、用戶體驗、安全等各個方面，不一樣的應用場景都會有不同的需求。若用同一個網絡提供服務，一定會造成網絡更加凌亂和緩慢，加大網絡運維的復雜性，提高網絡運營成本，也難以實現使用網絡時需要的極限性能要求。反之，假如業務場地出現差異就會促使需求多樣化，為其安置特定的網絡來提供服務，而這個網絡只擁有這種類型的應用場地所需要的功能，那么將會大幅度提升服務效率，也可以保障應用場地所需的網絡性能，使得網絡的運維不再復雜化，降低了投資和運營成本。

3 虛擬化技術下的網絡切片的資源管理

網絡切片管理是5G網管系統中最重要的新功能。負責把用戶業務級別的需求轉化為基于NFV/SDN跨域部署文件及業務配置文件，并執行業務級別的網絡切片生命周期管理，需要跨域協同實現整體端到端業務的管理和編排。

網絡切片利用虛擬化能夠管理每個網絡切片資源的生命周期，其生命周期分別為設計、購買、上線、運營、下線等 5個階段。其中，設計階段又包括切片設計和商業設計。在設計過程中專業人員能夠按照切片上預期特定業務的特點來選擇對應的特性，包含所需的功能、性能、安全、運維特征、業務體驗等，切片模板由設計完成后生成，也就是說，切片設計的過程就是完成。

針對商業設計，其設計人員則能依據市場策略對切片進行商業設計，而這種設計也能夠依照切片運行的不同特點實現差異化的商業設計，比如切片的能力規格（如支持多少規模用戶），依據切片運行的區域，有無可拓展能力等設計方式以確定差異化的定價。結束切片設計工作之后，就能購買設計好的切片了，購買方在購買切片時，應考慮到自己的地域、能力和業務等特征選取合適的切片。完成購買后，切片就可以上線了，切片上線的整個過程都是自動的，不需要人工操作。實際上，在切片上線時就實現了切片的安置。為實現指定功能的配置和安裝，以及切片的連通試驗，上線過程中系統會自動為切片選出最合理的虛擬和物理資源。

4 網絡切片的分類

網絡切片具有獨立性和完整性，可以獨自承擔部分或全部的網絡功能，是一個完整的邏輯網絡。5G網絡切片的目的是實現接入網資源、核心網資源、終端設備以及網絡管理系統等的有機組合，為不同業務或者商業場地提供可以獨立運維和管理的、相互隔離的完整網絡。在同一網絡的基礎設施上，5G網絡切片技術以虛擬獨立網絡的形式為各個應用場景提供互相隔離的網絡環境，達到每個應用場景可以依照不同的需求來制定網絡特性和功能的效果。網絡切片可以分為2種切片。

（1）獨立切片

具有獨立性的切片包含用戶面、控制面和各種業務功能，提供部分特定功能服務或者獨立的端到端專網服務給特定用戶群。

（2）共享切片

共享切片為不同的獨立切片提供同時使用的資源，其功能除了提供端到端的，也可以供應部分共享。

5 網絡切片的總體架構

基于多種業務需求，5G移動網絡提供通用或特有的服務，從而生成不同的網絡切片，這就是網絡切片的總體架構。在 5G移動網絡中，網元功能將會被弱化，且被虛擬機中運行的不同功能模塊所代替。功能模塊可以是自有能力的，也可以是第三方APP，模塊劃分粒度需依據業務的需求自由定義，例如以會話管理、移動管理、存儲、鑒權等不同功能模塊。用戶可以根據不同需求采用不同的功能模塊，從而形成不一樣的網絡切片，達到個性化服務的目的。典型的網絡切片不限于物聯網、eMBB、企業網、關鍵通信網絡等。

網絡能力開放平臺面向應用需求，依靠開放 API接口提供開放網絡能力和數據，通過面向上層應用例如第三方業務提供商、自營業務、內容服務商、租戶等開放底層的網絡能力；通過面向應用需求的端到端網絡能力交付方式以完成網絡與資源、網絡與業務的共同協作，也推進網絡能力開放、虛擬化靈活調度的客觀優點得以充分發揮。網絡能力開放平臺應用大數據信息技術挖掘網絡價值，對外提供網絡數據和專有的差異化業務，把更好的用戶體驗帶給用戶，從而推動 IT與 CT業務的共同發展。在未來的 5G移動通信網絡中，為給運營商帶來更多盈利，自營公司或第三方公司能進一步加入到運營商網絡的建設中，實現平臺即服務（PaaS）的生態系統。

6 結束語

由于虛擬化和網絡能力開放等技術的日益更新和進步，網絡切片愈加具有實現價值的意義。網絡架構的多元化作為 5G 移動網絡的必不可少的一部分，要實現多元化架構就需應用5G網絡切片技術這種方法?？偠灾?，網絡切片技術將會成為運營商以獲取新盈利的重要技術，也是以后運營商和 OTT 公司進行后向合作的必要手段。

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