網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在定制化5G 網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

張躍辰

（中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

信息時(shí)代發(fā)展的背景下，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)迅速發(fā)展，越來越多的研究人員充分認(rèn)識到該技術(shù)在5G 網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用價(jià)值，并積極開展相關(guān)研究活動，解決網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在定制化5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在的問題。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)有效擴(kuò)大可供人們選擇的網(wǎng)絡(luò)范疇，促進(jìn)現(xiàn)代5G 網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，同時(shí)促使創(chuàng)建可定制化5G 網(wǎng)絡(luò)成為可能。

1 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)闡述

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是專屬于現(xiàn)代5G 網(wǎng)絡(luò)的一種先進(jìn)技術(shù)，不僅能服務(wù)于人，還能服務(wù)于場景，可以將物理網(wǎng)絡(luò)分割成不同虛擬切片端，是新時(shí)期5G網(wǎng)絡(luò)研究、定制化構(gòu)建中備受人們關(guān)注和重視的技術(shù)，對5G 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運(yùn)行能效具有較大影響。網(wǎng)絡(luò)切片框架如圖1 所示。

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在我國5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中的應(yīng)用逐漸增多，和以往在2G、3G 網(wǎng)絡(luò)背景下僅能服務(wù)于人的技術(shù)相比具有顯著的差異性。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中將網(wǎng)絡(luò)邏輯進(jìn)行分割之后，促進(jìn)其和傳統(tǒng)技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)邏輯相互獨(dú)立，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，高效解決虛擬切片網(wǎng)絡(luò)之間在實(shí)際運(yùn)行中互相干擾的問題。所有虛擬切片網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用運(yùn)行中，其中一個(gè)切片受到相關(guān)因素影響出現(xiàn)故障問題的情況下，不會對其他網(wǎng)絡(luò)切片的順利運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，全面提高5G 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。另外，5G 網(wǎng)絡(luò)中合理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠針對多個(gè)不同場景，提供針對性的“隔離”網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境條件為設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中提供更大設(shè)計(jì)空間，便于設(shè)計(jì)人員結(jié)合網(wǎng)絡(luò)后期的應(yīng)用需求，為該網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)賦予多元化功能。此外，結(jié)合實(shí)際情況和需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，從而有效保證5G 網(wǎng)絡(luò)更好地滿足虛擬切片內(nèi)多種類型用戶的相似、相同需求，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)構(gòu)建可定制化的5G 網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)切片形式

表2 無線切片的3 種方案

2 5G 承載網(wǎng)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(yīng)用范疇也越來越廣。自動駕駛已經(jīng)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(gè)領(lǐng)域進(jìn)行發(fā)展。5G 技術(shù)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等各種新型技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用能夠有效推動移動視頻控制的發(fā)展，5G 技術(shù)在我國傳感器網(wǎng)絡(luò)和公共安全領(lǐng)域中也發(fā)揮了重要作用。

2.2 智能化性能需求

近些年，我國業(yè)務(wù)領(lǐng)域逐漸朝智能化方向發(fā)展，能夠?yàn)橛脩籼峁┌踩煽康姆?wù)。5G 業(yè)務(wù)不同于傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，具有容量大且速率高的特點(diǎn)，能夠有效提高承載網(wǎng)的傳送能力。同時(shí)，我國民眾對5G 技術(shù)的需求越來越高，各大廠商通過分析用戶的個(gè)性化、多元化需求，構(gòu)建了更加精細(xì)化的網(wǎng)絡(luò)管理體系。在完善部署基礎(chǔ)設(shè)施的前提下，利用5G 技術(shù)有效提高了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能。需注意的是，5G 承載網(wǎng)需要具有較高的安全穩(wěn)定性，確保5G 承載網(wǎng)出現(xiàn)故障問題時(shí)能夠第一時(shí)間進(jìn)行自我修復(fù)，避免網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率受到影響。

2.3 分層架構(gòu)

切片網(wǎng)絡(luò)結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求合理設(shè)計(jì)若干虛擬網(wǎng)絡(luò)，有效獲取分層架構(gòu)，通過虛擬網(wǎng)絡(luò)遞歸切片為虛擬運(yùn)營商提供有效支持和保障，具有自身獨(dú)特的特點(diǎn)。（1）按照實(shí)際需求重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建相適應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，生成獨(dú)有的網(wǎng)絡(luò)資源；（2）切片網(wǎng)絡(luò)和物理網(wǎng)絡(luò)相似，主要為上層業(yè)務(wù)提供相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源，忽視2 者之間的不同，同時(shí)切片網(wǎng)絡(luò)包含以太網(wǎng)專線（Ethernet Private Line，EPL）、以太虛擬專線（Ethernet Virtual Private Line，EVPL）等相關(guān)業(yè)務(wù)，能夠在不同應(yīng)用場景中滿足實(shí)際需求；（3）切片網(wǎng)絡(luò)設(shè)置業(yè)務(wù)中在業(yè)務(wù)層和物理網(wǎng)絡(luò)層解耦，呈現(xiàn)出和物理網(wǎng)絡(luò)相似的特征。切片網(wǎng)絡(luò)針對管理、控制和轉(zhuǎn)發(fā)面進(jìn)行獨(dú)立管理，在不同虛擬網(wǎng)絡(luò)上布置業(yè)務(wù)存在一定差異性，更加符合5G 差異化的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2.4 網(wǎng)絡(luò)切片隔離

從實(shí)際應(yīng)用角度來看，不同類型的5G業(yè)務(wù)在帶寬、連接數(shù)目、時(shí)延以及安全可靠性等眾多領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)劣差異。5G 技術(shù)最重要的業(yè)務(wù)場景為垂直行業(yè)，需要網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)之間能夠結(jié)合實(shí)際情況提供差異化的服務(wù)，確保服務(wù)質(zhì)量。傳統(tǒng)技術(shù)無法滿足這一現(xiàn)實(shí)需求，為解決這一現(xiàn)實(shí)困境，網(wǎng)絡(luò)切片理念應(yīng)運(yùn)而生。網(wǎng)絡(luò)切片是指在相同物理網(wǎng)絡(luò)上能夠?yàn)楹Ａ炕ヂ?lián)網(wǎng)自動駕駛等多種不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供針對性的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也能夠?yàn)槠渌喾N不同類型的業(yè)務(wù)和租戶提供滿足他們需求的網(wǎng)絡(luò)。

從結(jié)構(gòu)角度來看，5G 端到端網(wǎng)絡(luò)切片主要包括承載網(wǎng)切片、移動核心網(wǎng)切片以及無線接入。無線接入是指通過第三代合作伙伴計(jì)劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）定義網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)和技術(shù)載體滿足用戶實(shí)際需求。移動核心網(wǎng)切片和承載網(wǎng)切片則是通過各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組織定義架構(gòu)和技術(shù)規(guī)范，滿足用戶群體的實(shí)際需求。從網(wǎng)絡(luò)切片與承載網(wǎng)關(guān)系角度來看，二者是在相同物理網(wǎng)絡(luò)上結(jié)合實(shí)際需求劃分出的不同虛擬網(wǎng)絡(luò)，這一虛擬網(wǎng)絡(luò)由固定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唾Y源構(gòu)成，因此能夠有效滿足不同類型業(yè)務(wù)和不同網(wǎng)絡(luò)切片租戶的需求，為他們提供差異化、針對化的連接與服務(wù)。

3 定制化5G 網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 邏輯組網(wǎng)層面網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

根據(jù)可定制5G 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的研究成果，創(chuàng)建該定制化網(wǎng)絡(luò)的第一步主要是結(jié)合不同定制需求，保證有目的、有計(jì)劃地進(jìn)行物理網(wǎng)絡(luò)切片，最大限度弱化5G 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的“網(wǎng)元”理念，進(jìn)一步突出虛擬切片的不同網(wǎng)絡(luò)功能，借助網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)針對性構(gòu)建可定制5G 網(wǎng)絡(luò)。例如，當(dāng)前能夠有效應(yīng)用與可定制化5G 網(wǎng)絡(luò)的切片技術(shù)普遍集中在3 個(gè)類型（如表3 所示）。技術(shù)人員詳細(xì)分析并了解多種定制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求，選擇相適應(yīng)的技術(shù)類型，有效定制5G 網(wǎng)絡(luò)。

表3 邏輯組網(wǎng)層面網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用類型

3.2 生命周期層面網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

結(jié)合該技術(shù)在定制化5G 網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究進(jìn)行分析，在將來的技術(shù)應(yīng)用過程中，需要技術(shù)人員將網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)全面融入到網(wǎng)格創(chuàng)建的全生命周期內(nèi)，將接口權(quán)限適當(dāng)給予運(yùn)營單位，有利于運(yùn)營單位結(jié)合自身的實(shí)際需求和定制化5G 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件條件，發(fā)揮自身的優(yōu)勢資源利用價(jià)值，創(chuàng)建具有特色的5G 網(wǎng)絡(luò)，從而有效推進(jìn)該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展。例如，定制化5G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的過程中，更加注重該技術(shù)融入全生命周期，集中體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上線、運(yùn)營這2 個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步保證網(wǎng)絡(luò)上線和運(yùn)營環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)效果，從而在本源上實(shí)現(xiàn)可定制化5G 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的目標(biāo)[2]。

3.3 按需定值層面網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

相關(guān)技術(shù)人員通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)構(gòu)建可定制5G網(wǎng)絡(luò)的過程中，按需定制切片類型是有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可定制效果的關(guān)鍵所在。在構(gòu)建可定制5G 網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)可定制化效果。相關(guān)技術(shù)人員在實(shí)際工作中結(jié)合網(wǎng)絡(luò)定制的實(shí)際需求，建設(shè)基礎(chǔ)切片的藍(lán)圖，同時(shí)詳細(xì)分析使用者的實(shí)際需求，將該需求轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)上能夠供給的實(shí)際需求，如最大用戶承載數(shù)和帶寬等，只有有效保證實(shí)際定值階段，將使用者的實(shí)際需求映射到虛擬切片上，才能獲得最佳的5G網(wǎng)絡(luò)定制成效[3]。該技術(shù)在定制化5G 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的過程中，應(yīng)不斷改善和優(yōu)化該環(huán)節(jié)選用的移動性實(shí)體、服務(wù)器網(wǎng)關(guān)等零部件，從而有效保證可定制網(wǎng)絡(luò)切片的整體結(jié)構(gòu)，為后期可定制化網(wǎng)絡(luò)價(jià)值奉獻(xiàn)力量。

4 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的未來研究方向

4.1 資源共享

移動網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)和普及經(jīng)營中，切片用戶之間的資源實(shí)時(shí)共享是一個(gè)十分重要的問題。資源共享能夠借助靜態(tài)分區(qū)、彈性動態(tài)共享來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)切片用戶之間動態(tài)資源共享，全面提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用質(zhì)量和效率。運(yùn)行切片之間的無線資源共享需要應(yīng)用相適應(yīng)的無線調(diào)度機(jī)制進(jìn)行合理分配，為以資源共享為基礎(chǔ)的設(shè)施供應(yīng)商帶來良好的綜合效益，同時(shí)帶來切片隔離等多種挑戰(zhàn)[4]。

4.2 無線資源虛擬化

虛擬化是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的關(guān)鍵技術(shù)，而虛擬化技術(shù)在不斷發(fā)展中，主要應(yīng)用于有線網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)的虛擬化[5,6]。設(shè)計(jì)新型的虛擬化機(jī)制有效達(dá)到無線頻譜資源共享、基站虛擬化，在實(shí)現(xiàn)運(yùn)行切片過程中具有十分重要的作用。

5 結(jié) 論

5G 技術(shù)是面向未來需求的新一代通信技術(shù)，獲得世界范圍的廣泛關(guān)注，在電信設(shè)備制造商、研究機(jī)構(gòu)的支持下，該技術(shù)發(fā)展獲得多方面的支持，為未來的商用打下了良好的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在定制化5G 網(wǎng)絡(luò)中具有重要應(yīng)用價(jià)值，有利于實(shí)現(xiàn)定制化網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建目標(biāo)。