網絡切片構建可定制化的5G 網絡

曹原

(廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東廣州，510630)

0 引言

在2020 年即將實現商用化的5G 被廣泛提起，提到5G就不得不提網絡切片(Network Slicing)，作為5G 中被討論最多的技術，網絡切片對于5G 的意義可謂巨大。“通過網絡切片技術對一張網絡進行切分，使得切分后的“單片網絡”能夠提供定制化、相互隔離、質量可保證的端到端‘專用’網絡。在5G 萬物互聯時代背景下，網絡切片將以服務的形式滿足垂直行業的定制化需求。”楊志強表示。

同時，楊志強認為網絡切片技術有三大優勢，就是可定制性、端到端的可靠保證和統一平臺。可定制性是面向5G 網絡垂直行業下用戶場景需求，精準定制組網方案、網絡架構和網絡功能；端到端質量的可靠保證是相互獨立單片網絡，能夠為用戶提供從設備終端到核心網的端到端可靠網絡通信，滿足垂直行業的SLA 性能指標質量要求；統一平臺是基于NFV/SDN 等技術管理的網絡通用基礎設施，便捷、靈活、低成本的構建網絡切片。

1 網絡切片的定義和應用場景

與交通類似，我們經常把網絡比喻為道路，車輛是用戶或者網絡應用。道路上車輛增多會帶來擁堵。為了緩解交通道路擁堵，交通部門根據不同的車輛、運營方式進行分流管理，比如設置BRT 快速公交通道，非機動車專用通道等。網絡亦是如此，要實現從人-人連接到萬物能夠互聯，網絡連接的數量將會成倍增長，網絡也必將會越來越擁堵，越來越復雜；我們就得像交通管理對道路進行分流一樣對網絡實行分流管理，這時候就引入了網絡切片的概念。網絡切片本質上是將現有的物理網絡基礎資源基于時延、帶寬、連接數等性能指標以用戶不同的服務類型和應用場景為背景劃分的多個按需定制的網絡。便于靈活、高效、便捷的應對物聯網環境下紛雜的網絡通信的市場需求。

5G 本著萬物互聯的初衷，不僅僅應用人與人之間的通信，更注重物與人、物與物之間的通信。

eMBB（增強型移動寬帶）：eMBB 場景對網絡的上行和下行峰值速率要求很高，同時對網絡的頻譜效率和移動性有要求，針對的是大流量移動寬帶業務；

mMTC（海量機器通信）：mMTC 場景下，網絡的連接數量比較多，連接密度很高；只要面向以傳感和數據采集為目標的大規模物聯網業務的通信；

uRLLC（高可靠低時延通信）：低時延，高可靠性，主要面未來網絡通信工業控制和人工智能等物聯網行業的應用需求。

在5G 的三大應用場景中，除了eMBB 和以往的通信網絡一樣用于提升人與人之間的通用戶通信體驗外，mMTC 和uRLLC 都是屬于物聯網業務。不僅限于eMBB、uRLLC、mMTC這三類。

由于5G 將支持多種用例和新服務，這些新的用例和服務將在功能方面對網絡提出不同的要求，并且它們的性能要求會有很大差異，難以通過一張網絡來滿足。運營商如何能夠按照不同物聯網業務的需求，定制互相獨立運營，穩定高效的網絡，成了技術實現上急需解決的問題。

例如給eMBB，mMTC 和uRLLC 分別構建一張子網，這些網絡之間互相獨立，互不影響，依舊使用QoS 來管理每一張子網內部的不同業務。并且在同一類子網絡之下，還可以再次進行資源的劃分，形成更低一層的子網絡，比如mMTC 子網絡還可以按需分為：智能停車子網絡，自動抄表子網絡，智慧農業子網絡等等。

把QoS 相當于從二維擴展到了三維甚至在技術實現上可以達到多維，這些相互隔離的子網絡就叫做網絡切片或者子切片。

虛擬現實VR：VR 4K 直播需要較高的上傳和下載速度，對網絡的移動性和容量有較高的要求，通過5G 網絡切片，還可以實現超低時延的VR 直播互動；

自動駕駛汽車：汽車傳感器感知周圍的環境，并根據采集到的環境信息，智能終端進行分析決策，作出反應。每一個環節都是微秒級的低時延，需要具備高可靠性和安全性，否則會帶來嚴重的后果。利用5G 網絡切片技術可定制低延時、可靠性達到99.999%的專用網絡，能夠滿足自動駕駛對網絡的需求。

智能電網：用5G 網絡切片來承載電網業務是一種新的嘗試，將運營商的網絡資源以相互隔離的邏輯網絡切片，按需提供給電網公司使用，可以應用在智能電網用電信息采集、分布式電源、電動汽車充電樁控制、配電自動化、低壓集抄、電站巡檢機器人等業務。

5G 的技術實現和商用，將提供可定制的同喜網絡基礎資源，適配不同領域不同應用場景下業務需求的網絡連接特性，推動各行業的信息化轉型和快速發展。

2 實現網絡切分的技術（NFV 和SDN）

網絡模塊作為一個有機整體被統一管理，是切片技術切割網絡的前提，NFV 和SDN 技術可以協助5G 網絡實現基礎資源進行統一管理和切分。

NFV（網絡功能虛擬化）。通用服務器處理能力的增強，使得網絡能夠虛擬化一部分資源作為虛擬化層，將網絡中的計算（類似電腦的CPU，內存）、存儲（類似電腦的硬盤），以及網絡（類似電腦的網卡）這些資源進行統一管理，按需劃分。

SDN（軟件定義網絡）。傳統網絡每臺設備都包含獨立的控制平面，數據平面，SDN 引入了中樞控制節點：控制器，統一指揮下層設備的數據往哪里發，下層網絡設備只需要照著執行即可。這樣，就像網絡就有了思考的能力，可以實現控制和轉發分離，變得更加靈活，也增強了網絡的可擴展性。

eMBB、uRLLC、mMTC 就是5G 網絡下根據業務需求對網絡從用戶數、QoS、帶寬等方面的不同要求，定義的三個通信服務類型，對應劃分出的三種不同類型的切片。

圖1 5G 端到端網絡切片

3 結束語

網絡切片技術的實現使得5G 網絡更加用途多樣、靈活方便。

虛擬化、隔離性、按需定制、端到端是網絡切片技術的四個重要特征，虛擬化需要基于NFV/SDN 的技術統一管理和切分物理網絡自出資源，虛擬出切片網絡，構建網絡切片；隔離性要求切分的單片網絡之間相互隔離，互不影響，同時網絡切片的具備較高的可靠性，一個網絡切片發生故障不會對其他切片的通信帶來障礙；按需定制是能夠根據用戶的應用場景和服務類型需求量身定制網絡切片，端到端是要從設備終端到接入網到傳輸網再到核心網實現網絡整體架構的網絡切片。

目前來看，利用網絡切片技術，基本可以實現不同業務場景下不同服務類型的可定制化網絡服務需求，但是網絡切片還是面臨一些挑戰。例如：如何抽象網絡切片資源網絡切片；如何實現網絡切片的有效隔離；如何高效管理。隨著5G和物聯網相關行業的磨合，將會衍生出越來越紛雜的網絡應用場景，網絡的服務類型越趨于多樣化和復雜化，甚至需要綜合網絡的幾項性能指標，比如既需要高可靠低時延通信，也有比較多的網絡連接數。網絡切片的技術，讓網絡的可定制成為現實，運營商通過對網絡切片的運營，可以為垂直行業提供實驗、部署和管理的平臺，甚至提供端到端的服務。未來網絡切片的發展需要在市場的檢驗下，各行業和和政府監管機構的協同推動，才能實現網絡切片的標準化和產業化。