網絡切片技術在定制化5G 網絡中的應用

張躍辰

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

信息時代發展的背景下，網絡切片技術迅速發展，越來越多的研究人員充分認識到該技術在5G 網絡中的應用價值，并積極開展相關研究活動，解決網絡切片技術在定制化5G 網絡應用中存在的問題。網絡切片技術有效擴大可供人們選擇的網絡范疇，促進現代5G 網絡的迅速發展，同時促使創建可定制化5G 網絡成為可能。

1 網絡切片技術闡述

網絡切片技術是專屬于現代5G 網絡的一種先進技術，不僅能服務于人，還能服務于場景，可以將物理網絡分割成不同虛擬切片端，是新時期5G網絡研究、定制化構建中備受人們關注和重視的技術，對5G 網絡的構建和運行能效具有較大影響。網絡切片框架如圖1 所示。

網絡切片技術在我國5G 網絡建設過程中的應用逐漸增多，和以往在2G、3G 網絡背景下僅能服務于人的技術相比具有顯著的差異性。該技術在實際應用過程中將網絡邏輯進行分割之后，促進其和傳統技術中的網絡邏輯相互獨立，具有顯著的應用優勢，高效解決虛擬切片網絡之間在實際運行中互相干擾的問題。所有虛擬切片網絡在應用運行中，其中一個切片受到相關因素影響出現故障問題的情況下，不會對其他網絡切片的順利運行產生不良影響，全面提高5G 網絡運行的安全穩定性。另外，5G 網絡中合理應用網絡切片技術能夠針對多個不同場景，提供針對性的“隔離”網絡環境，這種網絡環境條件為設計人員在實際工作中提供更大設計空間，便于設計人員結合網絡后期的應用需求，為該網絡設計賦予多元化功能。此外，結合實際情況和需求進行個性化設計，從而有效保證5G 網絡更好地滿足虛擬切片內多種類型用戶的相似、相同需求，實現網絡切片技術構建可定制化的5G 網絡目標。網絡切片的2 種形式如表1 所示，無線切片的3 種方案如表2 所示。

表1 網絡切片形式

表2 無線切片的3 種方案

2 5G 承載網切片需求分析

2.1 大眾需求

從宏觀角度來看，我國對自動駕駛的需求越來越高，自動駕駛的應用范疇也越來越廣。自動駕駛已經不再滿足于對駕駛的自動控制，而是朝著大容量以及低功耗等多個領域進行發展。5G 技術與云計算、大數據、人工智能等各種新型技術的聯合應用能夠有效推動移動視頻控制的發展，5G 技術在我國傳感器網絡和公共安全領域中也發揮了重要作用。

2.2 智能化性能需求

近些年，我國業務領域逐漸朝智能化方向發展，能夠為用戶提供安全可靠的服務。5G 業務不同于傳統業務，具有容量大且速率高的特點，能夠有效提高承載網的傳送能力。同時，我國民眾對5G 技術的需求越來越高，各大廠商通過分析用戶的個性化、多元化需求，構建了更加精細化的網絡管理體系。在完善部署基礎設施的前提下，利用5G 技術有效提高了網絡技術性能。需注意的是，5G 承載網需要具有較高的安全穩定性，確保5G 承載網出現故障問題時能夠第一時間進行自我修復，避免網絡運行效率受到影響。

2.3 分層架構

切片網絡結合現實需求合理設計若干虛擬網絡，有效獲取分層架構，通過虛擬網絡遞歸切片為虛擬運營商提供有效支持和保障，具有自身獨特的特點。（1）按照實際需求重構網絡，創建相適應的拓撲結構，生成獨有的網絡資源；（2）切片網絡和物理網絡相似，主要為上層業務提供相對應的網絡資源，忽視2 者之間的不同，同時切片網絡包含以太網專線（Ethernet Private Line，EPL）、以太虛擬專線（Ethernet Virtual Private Line，EVPL）等相關業務，能夠在不同應用場景中滿足實際需求；（3）切片網絡設置業務中在業務層和物理網絡層解耦，呈現出和物理網絡相似的特征。切片網絡針對管理、控制和轉發面進行獨立管理，在不同虛擬網絡上布置業務存在一定差異性，更加符合5G 差異化的業務標準[1]。

2.4 網絡切片隔離

從實際應用角度來看，不同類型的5G業務在帶寬、連接數目、時延以及安全可靠性等眾多領域具有顯著的優劣差異。5G 技術最重要的業務場景為垂直行業，需要網絡與業務之間能夠結合實際情況提供差異化的服務，確保服務質量。傳統技術無法滿足這一現實需求，為解決這一現實困境，網絡切片理念應運而生。網絡切片是指在相同物理網絡上能夠為海量互聯網自動駕駛等多種不同業務領域提供針對性的網絡，同時也能夠為其他多種不同類型的業務和租戶提供滿足他們需求的網絡。

從結構角度來看，5G 端到端網絡切片主要包括承載網切片、移動核心網切片以及無線接入。無線接入是指通過第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）定義網絡切片架構和技術載體滿足用戶實際需求。移動核心網切片和承載網切片則是通過各種不同的標準組織定義架構和技術規范，滿足用戶群體的實際需求。從網絡切片與承載網關系角度來看，二者是在相同物理網絡上結合實際需求劃分出的不同虛擬網絡，這一虛擬網絡由固定網絡拓撲和資源構成，因此能夠有效滿足不同類型業務和不同網絡切片租戶的需求，為他們提供差異化、針對化的連接與服務。

3 定制化5G 網絡中網絡切片技術的具體應用

3.1 邏輯組網層面網絡切片技術

根據可定制5G 網絡中應用網絡切片技術的研究成果，創建該定制化網絡的第一步主要是結合不同定制需求，保證有目的、有計劃地進行物理網絡切片，最大限度弱化5G 網絡內的“網元”理念，進一步突出虛擬切片的不同網絡功能，借助網絡切片技術針對性構建可定制5G 網絡。例如，當前能夠有效應用與可定制化5G 網絡的切片技術普遍集中在3 個類型（如表3 所示）。技術人員詳細分析并了解多種定制網絡的實際需求，選擇相適應的技術類型，有效定制5G 網絡。

表3 邏輯組網層面網絡切片技術應用類型

3.2 生命周期層面網絡切片技術

結合該技術在定制化5G 網絡中的應用研究進行分析，在將來的技術應用過程中，需要技術人員將網絡切片技術全面融入到網格創建的全生命周期內，將接口權限適當給予運營單位，有利于運營單位結合自身的實際需求和定制化5G 網絡構件條件，發揮自身的優勢資源利用價值，創建具有特色的5G 網絡，從而有效推進該網絡技術的迅速發展。例如，定制化5G網絡中應用網絡切片技術的過程中，更加注重該技術融入全生命周期，集中體現在網絡上線、運營這2 個環節，進一步保證網絡上線和運營環節的網絡效果，從而在本源上實現可定制化5G 網絡構建的目標[2]。

3.3 按需定值層面網絡切片技術

相關技術人員通過網絡切片技術構建可定制5G網絡的過程中，按需定制切片類型是有效實現網絡切片技術可定制效果的關鍵所在。在構建可定制5G 網絡的過程中，選擇最合適、最佳的部件，才有可能獲得最理想的5G 網絡可定制化效果。相關技術人員在實際工作中結合網絡定制的實際需求，建設基礎切片的藍圖，同時詳細分析使用者的實際需求，將該需求轉換為網絡上能夠供給的實際需求，如最大用戶承載數和帶寬等，只有有效保證實際定值階段，將使用者的實際需求映射到虛擬切片上，才能獲得最佳的5G網絡定制成效[3]。該技術在定制化5G 網絡構建的過程中，應不斷改善和優化該環節選用的移動性實體、服務器網關等零部件，從而有效保證可定制網絡切片的整體結構，為后期可定制化網絡價值奉獻力量。

4 網絡切片技術的未來研究方向

4.1 資源共享

移動網絡的實現和普及經營中，切片用戶之間的資源實時共享是一個十分重要的問題。資源共享能夠借助靜態分區、彈性動態共享來實現，同時切片用戶之間動態資源共享，全面提高網絡資源的利用質量和效率。運行切片之間的無線資源共享需要應用相適應的無線調度機制進行合理分配，為以資源共享為基礎的設施供應商帶來良好的綜合效益，同時帶來切片隔離等多種挑戰[4]。

4.2 無線資源虛擬化

虛擬化是實現網絡切片的關鍵技術，而虛擬化技術在不斷發展中，主要應用于有線網絡核心網的虛擬化[5,6]。設計新型的虛擬化機制有效達到無線頻譜資源共享、基站虛擬化，在實現運行切片過程中具有十分重要的作用。

5 結 論

5G 技術是面向未來需求的新一代通信技術，獲得世界范圍的廣泛關注，在電信設備制造商、研究機構的支持下，該技術發展獲得多方面的支持，為未來的商用打下了良好的基礎。網絡切片技術在定制化5G 網絡中具有重要應用價值，有利于實現定制化網絡的構建目標。