网络切片技术在定制化5G 网络中的应用

2023-08-04张跃辰

通信电源技术 2023年9期

张跃辰

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210019）

0 引言

信息时代发展的背景下，网络切片技术迅速发展，越来越多的研究人员充分认识到该技术在5G 网络中的应用价值，并积极开展相关研究活动，解决网络切片技术在定制化5G 网络应用中存在的问题。网络切片技术有效扩大可供人们选择的网络范畴，促进现代5G 网络的迅速发展，同时促使创建可定制化5G 网络成为可能。

1 网络切片技术阐述

网络切片技术是专属于现代5G 网络的一种先进技术，不仅能服务于人，还能服务于场景，可以将物理网络分割成不同虚拟切片端，是新时期5G网络研究、定制化构建中备受人们关注和重视的技术，对5G 网络的构建和运行能效具有较大影响。网络切片框架如图1 所示。

网络切片技术在我国5G 网络建设过程中的应用逐渐增多，和以往在2G、3G 网络背景下仅能服务于人的技术相比具有显著的差异性。该技术在实际应用过程中将网络逻辑进行分割之后，促进其和传统技术中的网络逻辑相互独立，具有显著的应用优势，高效解决虚拟切片网络之间在实际运行中互相干扰的问题。所有虚拟切片网络在应用运行中，其中一个切片受到相关因素影响出现故障问题的情况下，不会对其他网络切片的顺利运行产生不良影响，全面提高5G 网络运行的安全稳定性。另外，5G 网络中合理应用网络切片技术能够针对多个不同场景，提供针对性的“隔离”网络环境，这种网络环境条件为设计人员在实际工作中提供更大设计空间，便于设计人员结合网络后期的应用需求，为该网络设计赋予多元化功能。此外，结合实际情况和需求进行个性化设计，从而有效保证5G 网络更好地满足虚拟切片内多种类型用户的相似、相同需求，实现网络切片技术构建可定制化的5G 网络目标。网络切片的2 种形式如表1 所示，无线切片的3 种方案如表2 所示。

表1 网络切片形式

表2 无线切片的3 种方案

2 5G 承载网切片需求分析

2.1 大众需求

从宏观角度来看，我国对自动驾驶的需求越来越高，自动驾驶的应用范畴也越来越广。自动驾驶已经不再满足于对驾驶的自动控制，而是朝着大容量以及低功耗等多个领域进行发展。5G 技术与云计算、大数据、人工智能等各种新型技术的联合应用能够有效推动移动视频控制的发展，5G 技术在我国传感器网络和公共安全领域中也发挥了重要作用。

2.2 智能化性能需求

近些年，我国业务领域逐渐朝智能化方向发展，能够为用户提供安全可靠的服务。5G 业务不同于传统业务，具有容量大且速率高的特点，能够有效提高承载网的传送能力。同时，我国民众对5G 技术的需求越来越高，各大厂商通过分析用户的个性化、多元化需求，构建了更加精细化的网络管理体系。在完善部署基础设施的前提下，利用5G 技术有效提高了网络技术性能。需注意的是，5G 承载网需要具有较高的安全稳定性，确保5G 承载网出现故障问题时能够第一时间进行自我修复，避免网络运行效率受到影响。

2.3 分层架构

切片网络结合现实需求合理设计若干虚拟网络，有效获取分层架构，通过虚拟网络递归切片为虚拟运营商提供有效支持和保障，具有自身独特的特点。（1）按照实际需求重构网络，创建相适应的拓扑结构，生成独有的网络资源；（2）切片网络和物理网络相似，主要为上层业务提供相对应的网络资源，忽视2 者之间的不同，同时切片网络包含以太网专线（Ethernet Private Line，EPL）、以太虚拟专线（Ethernet Virtual Private Line，EVPL）等相关业务，能够在不同应用场景中满足实际需求；（3）切片网络设置业务中在业务层和物理网络层解耦，呈现出和物理网络相似的特征。切片网络针对管理、控制和转发面进行独立管理，在不同虚拟网络上布置业务存在一定差异性，更加符合5G 差异化的业务标准[1]。

2.4 网络切片隔离

从实际应用角度来看，不同类型的5G业务在带宽、连接数目、时延以及安全可靠性等众多领域具有显著的优劣差异。5G 技术最重要的业务场景为垂直行业，需要网络与业务之间能够结合实际情况提供差异化的服务，确保服务质量。传统技术无法满足这一现实需求，为解决这一现实困境，网络切片理念应运而生。网络切片是指在相同物理网络上能够为海量互联网自动驾驶等多种不同业务领域提供针对性的网络，同时也能够为其他多种不同类型的业务和租户提供满足他们需求的网络。

从结构角度来看，5G 端到端网络切片主要包括承载网切片、移动核心网切片以及无线接入。无线接入是指通过第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）定义网络切片架构和技术载体满足用户实际需求。移动核心网切片和承载网切片则是通过各种不同的标准组织定义架构和技术规范，满足用户群体的实际需求。从网络切片与承载网关系角度来看，二者是在相同物理网络上结合实际需求划分出的不同虚拟网络，这一虚拟网络由固定网络拓扑和资源构成，因此能够有效满足不同类型业务和不同网络切片租户的需求，为他们提供差异化、针对化的连接与服务。

3 定制化5G 网络中网络切片技术的具体应用

3.1 逻辑组网层面网络切片技术

根据可定制5G 网络中应用网络切片技术的研究成果，创建该定制化网络的第一步主要是结合不同定制需求，保证有目的、有计划地进行物理网络切片，最大限度弱化5G 网络内的“网元”理念，进一步突出虚拟切片的不同网络功能，借助网络切片技术针对性构建可定制5G 网络。例如，当前能够有效应用与可定制化5G 网络的切片技术普遍集中在3 个类型（如表3 所示）。技术人员详细分析并了解多种定制网络的实际需求，选择相适应的技术类型，有效定制5G 网络。

表3 逻辑组网层面网络切片技术应用类型

3.2 生命周期层面网络切片技术

结合该技术在定制化5G 网络中的应用研究进行分析，在将来的技术应用过程中，需要技术人员将网络切片技术全面融入到网格创建的全生命周期内，将接口权限适当给予运营单位，有利于运营单位结合自身的实际需求和定制化5G 网络构件条件，发挥自身的优势资源利用价值，创建具有特色的5G 网络，从而有效推进该网络技术的迅速发展。例如，定制化5G网络中应用网络切片技术的过程中，更加注重该技术融入全生命周期，集中体现在网络上线、运营这2 个环节，进一步保证网络上线和运营环节的网络效果，从而在本源上实现可定制化5G 网络构建的目标[2]。

3.3 按需定值层面网络切片技术

相关技术人员通过网络切片技术构建可定制5G网络的过程中，按需定制切片类型是有效实现网络切片技术可定制效果的关键所在。在构建可定制5G 网络的过程中，选择最合适、最佳的部件，才有可能获得最理想的5G 网络可定制化效果。相关技术人员在实际工作中结合网络定制的实际需求，建设基础切片的蓝图，同时详细分析使用者的实际需求，将该需求转换为网络上能够供给的实际需求，如最大用户承载数和带宽等，只有有效保证实际定值阶段，将使用者的实际需求映射到虚拟切片上，才能获得最佳的5G网络定制成效[3]。该技术在定制化5G 网络构建的过程中，应不断改善和优化该环节选用的移动性实体、服务器网关等零部件，从而有效保证可定制网络切片的整体结构，为后期可定制化网络价值奉献力量。

4 网络切片技术的未来研究方向

4.1 资源共享

移动网络的实现和普及经营中，切片用户之间的资源实时共享是一个十分重要的问题。资源共享能够借助静态分区、弹性动态共享来实现，同时切片用户之间动态资源共享，全面提高网络资源的利用质量和效率。运行切片之间的无线资源共享需要应用相适应的无线调度机制进行合理分配，为以资源共享为基础的设施供应商带来良好的综合效益，同时带来切片隔离等多种挑战[4]。