IP網絡與 5G 網絡切片技術及應用分析

關鍵詞：IP網絡；5G網絡；網絡切片

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.07.034

中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編碼：1672-7274（2025）07-0107-03

Analysis of IP Network 5G Network Slicing Technology Its Applications

LIU Ouming

Abstract： With the rapid development of information technology， IPv6 5G networks have become an important focus in the fieldof contemporary network communications.IPv6 effectivelycopes with the challengeof IPv4 addressresource exhaustion lays the foundation for the vigorous development ofcutting-edge technologies such as the Internet of Things cloud computing.5G networks are leading a major innovation in mobile communication technology with their fasterspeed，lower latency stronger connectivity.This paper summarizes the development status significance of network slicing，introduces the design architecture of network slicing in detail， explains the application of network slicing in real life.

Keywords： IP network; 5G network; network slicing

網絡切片屬于一種新型的網絡架構，該技術可以在同一共享的網絡基礎設施上創建多個邏輯獨立的網絡。每個邏輯網絡都專注于服務特定的業務類型或行業用戶。這些網絡切片具備高度的靈活性，能夠自定義其邏輯拓撲、服務等級協議需求、可靠性及安全等級，從而有效應對不同業務、行業或用戶之間的多樣化需求[1]。

1網絡切片簡介

1.1網絡切片的重要意義

隨著5G和云時代的到來，多樣化新業務層出不窮，各行業、業務及用戶對網絡服務質量提出了多元化要求。例如，移動通信、智能家居等需要海量設備連接及小報文頻發；網絡直播、視頻回傳等追求高傳輸速率；而車聯網、智能電網等則要求毫秒級時延及高可靠性。為滿足這些需求，5G網絡需具備海量接入、確定性時延及極高可靠性等特性。因此，網絡切片技術應運而生，它能在通用的物理網絡基礎上創建多個專用、虛擬且相互隔離的邏輯網絡，以便靈活適應不同客戶對網絡能力的個性化需求[2]。

1.2網絡切片的研究現狀

網絡切片作為一種重要的架構創新，其核心在于通過虛擬化技術，將單一的物理網絡分割成多個邏輯上獨立的網絡切片，每個切片都能根據特定業務的需求提供定制化的服務[3]。3GPP在5G網絡切片方面的研究重點包括網絡切片的架構設計、資源管理、性能優化等方面。通過這些研究，3GPP旨在為無線網絡切片提供全面的技術支持，確保其在實際應用中的高效性和可靠性。與此同時，IETF主導的IP網絡切片的技術研究，涵蓋了協議標準、架構設計等多個方面。IETF的研究工作包括如何在IP網絡中實現資源隔離、服務質量保障等問題。

2 網絡切片的設計架構

2.15G網絡切片的整體架構

在5G各種新應用的驅動下，移動通信領域率先提出了網絡切片的概念。5G網絡切片是提供特定網絡能力的端到端邏輯專用網絡，由RAN（RadioAccessNetwork，無線接入網）、TN（TransportNetwork，傳輸網）和CN（CoreNetwork，核心網）這三個技術域的網絡切片子網組成[4]。5G端到端網絡切片管理架構分為三個部分，通信業務管理功能負責轉換通信服務需求為網絡切片需求，并與網絡切片管理部分進行交互；網絡切片管理功能位于通信業務管理功能下一層，與之相對應的是運營支撐系統，用于管理并編排網絡切片實例，依據網絡切片需求推導出網絡切片子網的具體需求，并與網絡切片子網管理功能以及通信服務管理功能保持通信；網絡切片子網管理則專注于管理和協調網絡切片子網實例，與網絡切片管理功能進行信息交換。整體架構如圖1所示。

圖15G網絡切片整體架構圖

2.2IP網絡切片架構

IP網絡切片的實現架構通常可以劃分為三個層次，分別是網絡切片管理層、網絡切片實例層和網絡基礎設施層[5]。這種分層架構有助于管理和組織復雜的網絡切片系統，使其更加高效和靈活，如圖2所示。

圖2IP網絡切片架構圖

網絡切片管理層負責網絡切片的規劃、部署、運維和優化，以滿足垂直行業的切片需求。為了實現5G端到端網絡切片，該層還提供管理接口，與5G網絡切片管理器交互網絡切片需求和狀態等信息，并完成與RAN切片和CN切片之間的協商及對接。

網絡切片實例層的核心作用是在物理網絡基礎上創建多樣化的邏輯網絡切片實例，依據需求定制邏輯拓撲與連接，并將邏輯拓撲與連接與網絡基礎設施層所分配的資源相結合，從而構建出滿足特定業務需求的網絡切片。

網絡基礎設施層由物理網絡設備組成，是創建IP網絡切片實例的基礎網絡。為了滿足不同網絡切片場景的資源隔離和服務質量保障需求，該層需要具備靈活的資源切分與預留能力，支持將物理網絡中的資源，如帶寬、隊列、緩存和調度資源等，按照需要的粒度劃分為相互隔離的多份，分別提供給不同的網絡切片使用。

3 網絡切片的具體應用

3.1智慧醫療

智慧醫療網絡切片的應用場景主要包括醫療設備的連接、遠程醫療、病患管理、應急救援等。該技術具有靈活性、高效性、安全性、可擴展性等優勢。網絡切片技術可以根據不同業務的需求，靈活配置和管理網絡資源。例如，可以根據醫療設備的類型和用途，為其分配不同的網絡切片，以滿足其特定的網絡需求[。其次，可以實現網絡資源的高效利用，例如，將網絡資源分配給高優先級的醫療業務，確保其在網絡擁堵情況下的穩定性和可靠性。再者，該技術可以為不同業務提供獨立的網絡環境，避免不同業務之間的干擾和影響。例如，為遠程醫療業務提供獨立的網絡切片，確保其數據的安全傳輸和存儲。網絡切片技術還可以根據業務需求的變化，靈活擴展和調整網絡資源。例如，當醫院需要增加新的醫療設備時，可以通過切片技術，為其分配新的網絡切片，確保其正常運行。

3.2智慧港口

智慧港口利用先進的信息技術和物聯網技術，通過數據的采集、分析和運用，實現港口運營的智能化、高效化和可持續發展。網絡切片技術在智慧港口的建設中扮演著至關重要的角色。網絡切片技術可以幫助智慧港口實現不同業務場景的網絡隔離和資源優化。例如，可以為堆場管理、船舶計劃、智能安防等不同業務場景創建不同的網絡切片，每個切片都可以根據具體的業務需求進行定制和優化。在堆場管理場景中，網絡切片可以確保數據的實時傳輸和處理，從而提高裝卸效率和貨物周轉速度。通過分析貨物流動的數據，可以優化貨物裝卸的路徑和順序，減少等待時間和資源浪費。在船舶計劃場景中，網絡切片可以提供高優先級的網絡服務，確保船舶調度信息的快速傳輸和處理。這有助于提高船舶的周轉效率，減少船舶在港時間，提高港口的整體運營效率。在智能安防場景中，網絡切片可以提供高安全性的網絡服務，確保監控數據的實時傳輸和處理。通過在港口范圍內部署監控攝像頭、無人機和智能感知設備，可以實時監測港口的安全狀況和環境指標。

3.3智慧企業

隨著信息技術的快速發展，企業正加速邁向智能化與數字化的轉型之路。網絡切片技術為企業提供了更加靈活和高效的網絡解決方案，助力智慧企業的建設和發展。智慧企業主要包括生產制造、供應鏈管理、客戶服務等業務場景，網絡切片可以根據具體需求進行隔離。在生產制造方面，網絡切片能夠保證數據的實時性與有效性，達到提高生產效率和產品質量的目的。生產線上的實時數據使得生產流程的分析與優化更便捷，增加安全性與可靠性。在供應鏈管理領域，網絡切片技術能夠依據服務的優先級靈活調整處理策略，從而顯著提升供應鏈的透明度與響應效率，有效削減庫存成本及物流開支。在客戶服務方面，該技術以其卓越的安全性，確保了客戶數據的即時、安全傳輸。進一步地，通過深度分析客戶的行為數據，網絡切片技術能夠助力提供量身定制的服務與產品推薦，進而增強客戶的滿意度與忠誠度。

4 結束語

網絡切片是5G時代的標志性技術，為運營商打開了廣闊的行業應用新市場的大門，同時也為行業市場帶來了服務質量可承諾、安全可靠、可管可控的差異化服務。網絡切片的理念、架構和技術方案，將會在更加廣闊的業務場景中持續得到印證和完善，并通過不斷擴大的部署和應用，為運營商和各個行業、企業用戶帶來更大的價值。

參考文獻

[1]弘禹，肖揚文，張賢，等.5G邊緣計算和網絡切片技術[J].電信科學， 2017，33（6）：10.

[2] ZhouX，LiR，Chen T，etal.Network slicingasa service：enabling enterprises' own software-defined cellular networks[J].IEEE Communications Magazine，2016，54（7）：146-153.

[3]KaloxylosA.A Survey anAnalysisofNetwork Slicingin5G Networks[J].IEEECommunicationsStardsMagazine，2018，2（1）：60-65.

[4]趙威.淺談基于未來5G網絡架構下網絡切片概念[J].數碼設計（上）， 2020，9（10）：38.

[5]DevlicA，HamidianA，LiangD，etal.NESMO：Network slicingmanagement orchestration framework[C].IEEE International Conference on CommunicationsWorkshops.IEEE，2017.

[6]邱述洪，高偉，岳強，等.用于醫療場景的5G網絡切片實現方法，裝置，設備與 介質[P].CN202111553480.0，2024-11-13.