解析工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中5G切片技術(shù)

董昱呈，伊學博，焦 毅

（中國移動通信集團內(nèi)蒙古有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

1 網(wǎng)絡(luò)切片的概念

網(wǎng)絡(luò)切片就是借助相應(yīng)技術(shù)，將現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)進行切片化處理，以此滿足不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求，在此過程中所使用到的技術(shù)就叫作切片技術(shù)。在實際工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和運行的過程中，由于不同業(yè)務(wù)對于網(wǎng)絡(luò)有不同的需求，為進一步提高資源利用率，需要結(jié)合實際業(yè)務(wù)需求，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)將有限的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為多個獨立、虛擬的子網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)切片如圖1所示。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)切片

2 5G網(wǎng)絡(luò)切片的實際意義

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的意義和功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，由于網(wǎng)絡(luò)切片的基本特點，在實際將其應(yīng)用到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)當中時，能夠?qū)崿F(xiàn)對于資源的有效隔離，進一步保障了不同業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)以及相關(guān)數(shù)據(jù)之間的獨立性，確保了工業(yè)數(shù)據(jù)安全。第二，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠在降低工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)運行成本的情況之下，滿足不用工業(yè)生產(chǎn)不同環(huán)節(jié)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(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)還能夠保障工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的運行質(zhì)量以及可靠性[1]。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中5G網(wǎng)絡(luò)切片管理方案

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用的是5G2B切片，此類切片主要是應(yīng)用于工作、電網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)以及醫(yī)療等方面。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用該網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的過程中，為保障網(wǎng)絡(luò)運行效果和質(zhì)量，建議在進行大區(qū)部署過程中，采用一對多的方式，進行多級NSMF部署，以此實現(xiàn)跨大區(qū)核心網(wǎng)子切片的部署，并由NSSMF承擔本大區(qū)核心網(wǎng)子切片的相關(guān)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(jié)合不同行業(yè)、服務(wù)質(zhì)量需求以及經(jīng)濟成本等多個方面進行綜合考量，合理進行網(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計。此外，還需要構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)共享切片管理系統(tǒng)，并以此為依托展開切片的標識、規(guī)劃、設(shè)計以及相關(guān)管理工作，避免出現(xiàn)部署沖突等情況，同時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的集中管理，進一步促進業(yè)務(wù)的推廣和應(yīng)用。在進行切片部署和管理的初期，可以使用廠家管理系統(tǒng)，以便業(yè)務(wù)的快速推廣，隨著后期工業(yè)企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的逐步完善，需要取代廠家切片管理系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)切片進行集中管理。

4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中5G網(wǎng)絡(luò)切片部署方案

4.1 eMBB場景切片部署

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中進行5G網(wǎng)絡(luò)切片部署的過程中，eMBB切片部署的主要目的是給工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供大寬帶服務(wù)，以此滿足企業(yè)對于高清視頻的需求，實現(xiàn)對于重要場景和現(xiàn)場的實時監(jiān)測，此類網(wǎng)絡(luò)通常要求寬帶達到10M級別。在組網(wǎng)方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)切片需要能夠與2C切片進行共享，而對于物的2B網(wǎng)絡(luò)切片需要與2C切片互相獨立。對于通用行業(yè)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(jié)合行業(yè)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(jié)合行業(yè)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(yè)企業(yè)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(nèi)定位方面，例如，智能家居設(shè)備、家庭監(jiān)控、室內(nèi)定位等多個方面。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中，進行mMTC切片部署時，可發(fā)揮mMTC切片的海量連接功能，其網(wǎng)絡(luò)切片通常面向的是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，由于此類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對于網(wǎng)絡(luò)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(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)有著一定的相似性，通常一個實例能夠承載多種物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對于相關(guān)數(shù)據(jù)的集中管理，在成本控制和物聯(lián)網(wǎng)管理方面都有著較大的優(yōu)勢。

4.3 uRLLC場景切片部署

uRLLC切片常用于工業(yè)機械遠程控制以及電網(wǎng)差動保護等多個方面，主要針對的是超低時延業(yè)務(wù)，此類業(yè)務(wù)的時延要求控制在1-10ms之間。在進行組網(wǎng)設(shè)計的過程中，uRLLC切片的部署要求UPF下沉靠近終端側(cè)，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(qū)工業(yè)園區(qū)等，而且還需要將AMF/PCF/UDM等網(wǎng)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(xié)同部署，例如，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中，不僅要求網(wǎng)絡(luò)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(xié)同部署。對于此類情況，在進行組網(wǎng)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(wǎng)的方式分別進行獨立構(gòu)建；其二就是使用同一個UE連接多個網(wǎng)絡(luò)切片，并且共享核心網(wǎng)，但是此類構(gòu)建方式對于UE以及基站有著較高的要求[2]。

5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)切片參數(shù)設(shè)計

在進行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G網(wǎng)絡(luò)切片部署的過程中，為進一步保障網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)質(zhì)量，需要對SLA相關(guān)參數(shù)進行設(shè)計。SLA具體參數(shù)及其相關(guān)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(shè)計的過程中，需要根據(jù)切片類型，進行總體組網(wǎng)架構(gòu)的設(shè)計和規(guī)劃；第二，覆蓋區(qū)域，按照實際網(wǎng)絡(luò)需求進行確定，覆蓋范圍涉及全國、省、地市、園區(qū)以及工廠內(nèi)部等多種情況，在實際進行切片設(shè)計的過程中，終端可以與特定的網(wǎng)絡(luò)切片區(qū)域進行連接，并結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況來確定切片部署中心；第三，最大終端數(shù)，該參數(shù)的確定需要結(jié)合實際用戶需求，進行合理設(shè)計，并根據(jù)確定好的最大終端數(shù)和網(wǎng)元容量，對所需要部署的網(wǎng)元數(shù)量進行計算；第四，安全隔離，網(wǎng)絡(luò)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(shè)計的過程中，需要根據(jù)所確定好的安全等級，選擇相應(yīng)DC、物理機以及虛擬機；第五，時延設(shè)計，參考取值范圍為1到100ms不等；第六，數(shù)據(jù)接入方式，包括互聯(lián)網(wǎng)、本地接入以及專線連接等；第七，電信級業(yè)務(wù)可用性，通常為5個9，在實際進行設(shè)計的過程中需要重點考量網(wǎng)元容災(zāi)情況，然后再進行合理的部署和設(shè)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(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計過程中的重要參數(shù)，在實際設(shè)計時，需要根據(jù)所確定的用戶速率以及用戶數(shù)量，進行總寬帶的計算和UPF數(shù)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(wǎng)元。在實際進行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G切片設(shè)計的過程中，可選取SLA中最為重要的四個參數(shù)，即切片類型、覆蓋區(qū)域、安全隔離以及時延。

6 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中切片技術(shù)組網(wǎng)方案

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的有效應(yīng)用，給我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了極大的機遇，同時，也在一定程度上改變了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和組網(wǎng)方式。為進一步保障切片技術(shù)應(yīng)用下網(wǎng)絡(luò)時延符合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展需求，需要進一步對組網(wǎng)方式進行優(yōu)化，當前在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)切片設(shè)計的過程中，有以下四種常用的組網(wǎng)方式。

第一，UPF下沉式，這種組網(wǎng)模式需要集中對控制面進行維護，而用戶面則由省內(nèi)負責維護。第二，為SMF與UPF共同下沉的組網(wǎng)模式，這種模式下的核心DC網(wǎng)元需要進行集中維護，而下沉的兩個網(wǎng)元在省內(nèi)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(wǎng)元，下沉的三個網(wǎng)元則需要省內(nèi)維護。第四，所有網(wǎng)元整體下沉模式，這種組網(wǎng)方式更加適用于客戶規(guī)模較大的情況，其維護方式可以根據(jù)實際情況選擇分省維護或者獨立維護。

7 結(jié)束語

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)作為當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中的關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò)，合理應(yīng)用其中的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠進一步實現(xiàn)對于有限網(wǎng)絡(luò)資源的合理配置，以較低成本滿足用戶的網(wǎng)絡(luò)需求。在實際應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的過程中，要結(jié)合實際工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需求合理進行網(wǎng)絡(luò)切片的管理、部署和設(shè)計。相信隨著對5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的深入研究，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將會得到更好的發(fā)展。