网络切片构建可定制化的5G 网络

曹原

(广东省电信规划设计院有限公司，广东广州，510630)

0 引言

在2020 年即将实现商用化的5G 被广泛提起，提到5G就不得不提网络切片(Network Slicing)，作为5G 中被讨论最多的技术，网络切片对于5G 的意义可谓巨大。“通过网络切片技术对一张网络进行切分，使得切分后的“单片网络”能够提供定制化、相互隔离、质量可保证的端到端‘专用’网络。在5G 万物互联时代背景下，网络切片将以服务的形式满足垂直行业的定制化需求。”杨志强表示。

同时，杨志强认为网络切片技术有三大优势，就是可定制性、端到端的可靠保证和统一平台。可定制性是面向5G 网络垂直行业下用户场景需求，精准定制组网方案、网络架构和网络功能；端到端质量的可靠保证是相互独立单片网络，能够为用户提供从设备终端到核心网的端到端可靠网络通信，满足垂直行业的SLA 性能指标质量要求；统一平台是基于NFV/SDN 等技术管理的网络通用基础设施，便捷、灵活、低成本的构建网络切片。

1 网络切片的定义和应用场景

与交通类似，我们经常把网络比喻为道路，车辆是用户或者网络应用。道路上车辆增多会带来拥堵。为了缓解交通道路拥堵，交通部门根据不同的车辆、运营方式进行分流管理，比如设置BRT 快速公交通道，非机动车专用通道等。网络亦是如此，要实现从人-人连接到万物能够互联，网络连接的数量将会成倍增长，网络也必将会越来越拥堵，越来越复杂；我们就得像交通管理对道路进行分流一样对网络实行分流管理，这时候就引入了网络切片的概念。网络切片本质上是将现有的物理网络基础资源基于时延、带宽、连接数等性能指标以用户不同的服务类型和应用场景为背景划分的多个按需定制的网络。便于灵活、高效、便捷的应对物联网环境下纷杂的网络通信的市场需求。

5G 本着万物互联的初衷，不仅仅应用人与人之间的通信，更注重物与人、物与物之间的通信。

eMBB（增强型移动宽带）：eMBB 场景对网络的上行和下行峰值速率要求很高，同时对网络的频谱效率和移动性有要求，针对的是大流量移动宽带业务；

mMTC（海量机器通信）：mMTC 场景下，网络的连接数量比较多，连接密度很高；只要面向以传感和数据采集为目标的大规模物联网业务的通信；

uRLLC（高可靠低时延通信）：低时延，高可靠性，主要面未来网络通信工业控制和人工智能等物联网行业的应用需求。

在5G 的三大应用场景中，除了eMBB 和以往的通信网络一样用于提升人与人之间的通用户通信体验外，mMTC 和uRLLC 都是属于物联网业务。不仅限于eMBB、uRLLC、mMTC这三类。

由于5G 将支持多种用例和新服务，这些新的用例和服务将在功能方面对网络提出不同的要求，并且它们的性能要求会有很大差异，难以通过一张网络来满足。运营商如何能够按照不同物联网业务的需求，定制互相独立运营，稳定高效的网络，成了技术实现上急需解决的问题。

例如给eMBB，mMTC 和uRLLC 分别构建一张子网，这些网络之间互相独立，互不影响，依旧使用QoS 来管理每一张子网内部的不同业务。并且在同一类子网络之下，还可以再次进行资源的划分，形成更低一层的子网络，比如mMTC 子网络还可以按需分为：智能停车子网络，自动抄表子网络，智慧农业子网络等等。

把QoS 相当于从二维扩展到了三维甚至在技术实现上可以达到多维，这些相互隔离的子网络就叫做网络切片或者子切片。

虚拟现实VR：VR 4K 直播需要较高的上传和下载速度，对网络的移动性和容量有较高的要求，通过5G 网络切片，还可以实现超低时延的VR 直播互动；

自动驾驶汽车：汽车传感器感知周围的环境，并根据采集到的环境信息，智能终端进行分析决策，作出反应。每一个环节都是微秒级的低时延，需要具备高可靠性和安全性，否则会带来严重的后果。利用5G 网络切片技术可定制低延时、可靠性达到99.999%的专用网络，能够满足自动驾驶对网络的需求。

智能电网：用5G 网络切片来承载电网业务是一种新的尝试，将运营商的网络资源以相互隔离的逻辑网络切片，按需提供给电网公司使用，可以应用在智能电网用电信息采集、分布式电源、电动汽车充电桩控制、配电自动化、低压集抄、电站巡检机器人等业务。

5G 的技术实现和商用，将提供可定制的同喜网络基础资源，适配不同领域不同应用场景下业务需求的网络连接特性，推动各行业的信息化转型和快速发展。

2 实现网络切分的技术（NFV 和SDN）

网络模块作为一个有机整体被统一管理，是切片技术切割网络的前提，NFV 和SDN 技术可以协助5G 网络实现基础资源进行统一管理和切分。

NFV（网络功能虚拟化）。通用服务器处理能力的增强，使得网络能够虚拟化一部分资源作为虚拟化层，将网络中的计算（类似电脑的CPU，内存）、存储（类似电脑的硬盘），以及网络（类似电脑的网卡）这些资源进行统一管理，按需划分。

SDN（软件定义网络）。传统网络每台设备都包含独立的控制平面，数据平面，SDN 引入了中枢控制节点：控制器，统一指挥下层设备的数据往哪里发，下层网络设备只需要照着执行即可。这样，就像网络就有了思考的能力，可以实现控制和转发分离，变得更加灵活，也增强了网络的可扩展性。

eMBB、uRLLC、mMTC 就是5G 网络下根据业务需求对网络从用户数、QoS、带宽等方面的不同要求，定义的三个通信服务类型，对应划分出的三种不同类型的切片。

图1 5G 端到端网络切片

3 结束语

网络切片技术的实现使得5G 网络更加用途多样、灵活方便。

虚拟化、隔离性、按需定制、端到端是网络切片技术的四个重要特征，虚拟化需要基于NFV/SDN 的技术统一管理和切分物理网络自出资源，虚拟出切片网络，构建网络切片；隔离性要求切分的单片网络之间相互隔离，互不影响，同时网络切片的具备较高的可靠性，一个网络切片发生故障不会对其他切片的通信带来障碍；按需定制是能够根据用户的应用场景和服务类型需求量身定制网络切片，端到端是要从设备终端到接入网到传输网再到核心网实现网络整体架构的网络切片。

目前来看，利用网络切片技术，基本可以实现不同业务场景下不同服务类型的可定制化网络服务需求，但是网络切片还是面临一些挑战。例如：如何抽象网络切片资源网络切片；如何实现网络切片的有效隔离；如何高效管理。随着5G和物联网相关行业的磨合，将会衍生出越来越纷杂的网络应用场景，网络的服务类型越趋于多样化和复杂化，甚至需要综合网络的几项性能指标，比如既需要高可靠低时延通信，也有比较多的网络连接数。网络切片的技术，让网络的可定制成为现实，运营商通过对网络切片的运营，可以为垂直行业提供实验、部署和管理的平台，甚至提供端到端的服务。未来网络切片的发展需要在市场的检验下，各行业和和政府监管机构的协同推动，才能实现网络切片的标准化和产业化。