解析工业互联网中5G切片技术

董昱呈，伊学博，焦 毅

（中国移动通信集团内蒙古有限公司，内蒙古 呼和浩特 010010）

1 网络切片的概念

网络切片就是借助相应技术，将现有的网络进行切片化处理，以此满足不同的网络服务需求，在此过程中所使用到的技术就叫作切片技术。在实际工业互联网应用和运行的过程中，由于不同业务对于网络有不同的需求，为进一步提高资源利用率，需要结合实际业务需求，应用网络切片技术将有限的网络转换为多个独立、虚拟的子网络。5G网络切片如图1所示。

图1 5G网络切片

2 5G网络切片的实际意义

在工业互联网中应用5G网络切片技术的意义和功能主要体现在以下几个方面。第一，由于网络切片的基本特点，在实际将其应用到工业互联网当中时，能够实现对于资源的有效隔离，进一步保障了不同业务环节以及相关数据之间的独立性，确保了工业数据安全。第二，应用网络切片技术能够在降低工业互联网运行成本的情况之下，满足不用工业生产不同环节以及场景的实际需求，有着一定的功能定制作用。第三，与此同时，网络切片技术还能够保障工业互联网的运行质量以及可靠性[1]。

3 工业互联网中5G网络切片管理方案

工业互联网主要应用的是5G2B切片，此类切片主要是应用于工作、电网、车联网以及医疗等方面。在工业互联网中应用该网络切片技术的过程中，为保障网络运行效果和质量，建议在进行大区部署过程中，采用一对多的方式，进行多级NSMF部署，以此实现跨大区核心网子切片的部署，并由NSSMF承担本大区核心网子切片的相关部署责任。在实际进行部切片部署的过程中，需要按照省份进行划分部署，并结合不同行业、服务质量需求以及经济成本等多个方面进行综合考量，合理进行网络切片设计。此外，还需要构建网络共享切片管理系统，并以此为依托展开切片的标识、规划、设计以及相关管理工作，避免出现部署冲突等情况，同时实现网络切片的集中管理，进一步促进业务的推广和应用。在进行切片部署和管理的初期，可以使用厂家管理系统，以便业务的快速推广，随着后期工业企业互联网建设的逐步完善，需要取代厂家切片管理系统，对网络切片进行集中管理。

4 工业互联网中5G网络切片部署方案

4.1 eMBB场景切片部署

在工业互联网中进行5G网络切片部署的过程中，eMBB切片部署的主要目的是给工业互联网提供大宽带服务，以此满足企业对于高清视频的需求，实现对于重要场景和现场的实时监测，此类网络通常要求宽带达到10M级别。在组网方面，工业互联网要求2B切片能够分别面向人和物进行部署，其中面向人的2B网络切片需要能够与2C切片进行共享，而对于物的2B网络切片需要与2C切片互相独立。对于通用行业而言，可对2B切片进行AMF/UDM/PCF等的共享部署，此外，在进行UPF部署的过程中，需要结合行业的实际需求有针对性地进行新切片的部署和叠加，还可以结合行业实际情况，采取独立或者共享的切片部署策略，例如，对于安全性要求较高的工业企业而言，需要对其2BeMBB切片进行独立部署。

4.2 mMTC场景切片部署

mMTC场景切片主要是用于海量连接需求以及室内定位方面，例如，智能家居设备、家庭监控、室内定位等多个方面。在工业互联网建设过程中，进行mMTC切片部署时，可发挥mMTC切片的海量连接功能，其网络切片通常面向的是物联网设备，由于此类物联网设备对于网络隔离性的要求相对较低，因此在实际进行切片部署的过程中，成本也相对较低，与4G普通物联网业务有着一定的相似性，通常一个实例能够承载多种物联网业务，并且能够实现对于相关数据的集中管理，在成本控制和物联网管理方面都有着较大的优势。

4.3 uRLLC场景切片部署

uRLLC切片常用于工业机械远程控制以及电网差动保护等多个方面，主要针对的是超低时延业务，此类业务的时延要求控制在1-10ms之间。在进行组网设计的过程中，uRLLC切片的部署要求UPF下沉靠近终端侧，并且需要将其部署在边缘DC，通常情况下部署的位置在市、县区工业园区等，而且还需要将AMF/PCF/UDM等网元进行独立部署，以此满足其较高的安全性要求。除此之外，在特定要求之下，uRLLC切片还可能会与其他切片进行协同部署，例如，在工业互联网建设过程中，不仅要求网络具有高宽带特点，还需要能够满足低时延要求时，就需要进行切片协同部署。对于此类情况，在进行组网部署的过程中，通常有两种方式，其一就是将两个切片采用双UE、双核心网的方式分别进行独立构建；其二就是使用同一个UE连接多个网络切片，并且共享核心网，但是此类构建方式对于UE以及基站有着较高的要求[2]。

5 工业互联网中网络切片参数设计

在进行工业互联网5G网络切片部署的过程中，为进一步保障网络切片服务质量，需要对SLA相关参数进行设计。SLA具体参数及其相关分析如下：第一，切片类型，可选取eMMB、mMTC、uRLLC、V2X等，在实际进行切片设计的过程中，需要根据切片类型，进行总体组网架构的设计和规划；第二，覆盖区域，按照实际网络需求进行确定，覆盖范围涉及全国、省、地市、园区以及工厂内部等多种情况，在实际进行切片设计的过程中，终端可以与特定的网络切片区域进行连接，并结合区域实际情况来确定切片部署中心；第三，最大终端数，该参数的确定需要结合实际用户需求，进行合理设计，并根据确定好的最大终端数和网元容量，对所需要部署的网元数量进行计算；第四，安全隔离，网络切片的安全隔离等级从一至四共四个等级，在实际进行切片设计的过程中，需要根据所确定好的安全等级，选择相应DC、物理机以及虚拟机；第五，时延设计，参考取值范围为1到100ms不等；第六，数据接入方式，包括互联网、本地接入以及专线连接等；第七，电信级业务可用性，通常为5个9，在实际进行设计的过程中需要重点考量网元容灾情况，然后再进行合理的部署和设计；第八，用户速率，参考范围为50M到150M之间，用户速率是进行网络切片设计过程中的重要参数，在实际设计时，需要根据所确定的用户速率以及用户数量，进行总宽带的计算和UPF数量的估计；第九，切片的共享方式，参考范围为GroupA-C，需要确定好与其他切片共享的网元。在实际进行工业互联网5G切片设计的过程中，可选取SLA中最为重要的四个参数，即切片类型、覆盖区域、安全隔离以及时延。

6 工业互联网中切片技术组网方案

网络切片技术的有效应用，给我国工业互联网的发展带来了极大的机遇，同时，也在一定程度上改变了网络结构和组网方式。为进一步保障切片技术应用下网络时延符合现代工业发展需求，需要进一步对组网方式进行优化，当前在工业互联网切片设计的过程中，有以下四种常用的组网方式。

第一，UPF下沉式，这种组网模式需要集中对控制面进行维护，而用户面则由省内负责维护。第二，为SMF与UPF共同下沉的组网模式，这种模式下的核心DC网元需要进行集中维护，而下沉的两个网元在省内进行维护即可。第三，为AMF、SMF以及UPF共同下沉模式，此时需集中维护核心DC网元，下沉的三个网元则需要省内维护。第四，所有网元整体下沉模式，这种组网方式更加适用于客户规模较大的情况，其维护方式可以根据实际情况选择分省维护或者独立维护。

7 结束语

综上所述，5G网络作为当前工业互联网发展过程中的关键通信网络，合理应用其中的网络切片技术能够进一步实现对于有限网络资源的合理配置，以较低成本满足用户的网络需求。在实际应用5G网络切片技术的过程中，要结合实际工业互联网需求合理进行网络切片的管理、部署和设计。相信随着对5G网络切片技术的深入研究，我国工业互联网将会得到更好的发展。