◆錢 昭

（廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司 江蘇 210029）

淺談5G移動網(wǎng)絡切片技術(shù)及關(guān)鍵問題研究

◆錢 昭

（廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司 江蘇 210029）

隨著 5G 時代的到來，多種應用場景和差異化的業(yè)務需求不斷涌現(xiàn)，因不同的需求而產(chǎn)生不同的網(wǎng)絡切片。本文主要詳述了應用虛擬化技術(shù)對網(wǎng)絡切片進行管理的方法，并簡介以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)來實現(xiàn)網(wǎng)絡切片。除此之外，為了給5G 移動網(wǎng)絡的進展提供了有力幫助，本文也探討了網(wǎng)絡切片與大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡開放技術(shù)相結(jié)合的總體架構(gòu)。

5G；網(wǎng)絡切片；虛擬化；能力開放；總體架構(gòu)

0 引言

移動通信網(wǎng)絡技術(shù)從上世紀90年代的2G時代到2010年左右興起的4G時代，雖然通信技術(shù)歷經(jīng)30多年的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速度已經(jīng)有了很大程度的提升，但2l世紀是一個信息大爆炸的時代，移動通信服務仍然面臨著巨大挑戰(zhàn)。因此，對 5G移動網(wǎng)絡通信技術(shù)的探究已勢不可擋。5G可以依托4G已有的良好的技術(shù)架構(gòu)構(gòu)建新的技術(shù)架構(gòu)，作為新一代的移動網(wǎng)絡通信技術(shù)以取代 3G和4G。我國也極度重視5G發(fā)展，目前華為、中興及愛立信已進行了切片原型的研發(fā)和驗證，ITU-T牽頭網(wǎng)絡切片管理和編排的研究，IMT-2020（5G）推進組完成了中國5G技術(shù)研發(fā)試驗第一階段的相關(guān)測試。由于到目前為止全球沒有明確和統(tǒng)一5G技術(shù)的相關(guān)標準，所以國內(nèi)外的研究人員正在努力尋求 5G移動通信的革命性技術(shù)及其統(tǒng)一實行的標準，相信不久的將來，5G網(wǎng)絡將會實現(xiàn)極高的速率、極大的容量和極低的時延，提高資源利用率。本文主要探討 5G通信的關(guān)鍵技術(shù)，并且論述目前國內(nèi)外對 5G移動通信網(wǎng)絡的研究狀況，旨在為推進5G移動網(wǎng)絡的實行提供必要準備。

1 5G 系統(tǒng)中網(wǎng)絡切片技術(shù)的概念及特征

隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，應用場景的多樣化對網(wǎng)絡的需求存在差異，如果在使用單一網(wǎng)絡的同時為多種應用場景提供服務，就會出現(xiàn)網(wǎng)絡管理效率和資源利用率下降、網(wǎng)絡框架異常復雜的不良情況。因此 5G 網(wǎng)絡需要一個融合核心網(wǎng)，能同時應對大量的差異化場景需求，網(wǎng)絡切片作為5G最重要的技術(shù)之一應運而生。

網(wǎng)絡切片技術(shù)指的是通過虛擬化把一個完整的物理網(wǎng)絡分解成多個獨立的邏輯網(wǎng)絡，每一個虛擬網(wǎng)絡都有相對應的應用場景。網(wǎng)絡切片是由一組網(wǎng)絡資源及其功能的集合，再由這些網(wǎng)絡功能促成完整的邏輯網(wǎng)絡，而各個邏輯網(wǎng)絡都可以利用特定的網(wǎng)絡特征來實現(xiàn)對應業(yè)務的需求。網(wǎng)絡切片是端到端的邏輯功能集合和其所需的物理或虛擬資源，包括接入網(wǎng)、核心網(wǎng)功能等，甚至需要回傳網(wǎng)絡和IP網(wǎng)絡的協(xié)同支持，網(wǎng)絡切片可認為是5G網(wǎng)絡中的虛擬化“專網(wǎng)”。通過協(xié)議定制與網(wǎng)絡功能，網(wǎng)絡切片可以給不同業(yè)務場地提供相應的網(wǎng)絡功能，其中各個切片都能獨立根據(jù)話務模型和業(yè)務場景的需求對功能的定制剪裁和相應的網(wǎng)絡資源進行編制和管理，這是5G 網(wǎng)絡架構(gòu)的切片實例。

2 網(wǎng)絡切片的需求

網(wǎng)絡切片是運行一組網(wǎng)絡功能的資源以及特定的安置所組成的集合，這些網(wǎng)絡功能及其相應的配置聚集成一個完整的邏輯網(wǎng)絡，這樣的邏輯網(wǎng)絡滿足特定業(yè)務所需的網(wǎng)絡特征，為特定的業(yè)務場地提供相對應的網(wǎng)絡服務。

在系統(tǒng)和網(wǎng)絡功能、用戶體驗、安全等各個方面，不一樣的應用場景都會有不同的需求。若用同一個網(wǎng)絡提供服務，一定會造成網(wǎng)絡更加凌亂和緩慢，加大網(wǎng)絡運維的復雜性，提高網(wǎng)絡運營成本，也難以實現(xiàn)使用網(wǎng)絡時需要的極限性能要求。反之，假如業(yè)務場地出現(xiàn)差異就會促使需求多樣化，為其安置特定的網(wǎng)絡來提供服務，而這個網(wǎng)絡只擁有這種類型的應用場地所需要的功能，那么將會大幅度提升服務效率，也可以保障應用場地所需的網(wǎng)絡性能，使得網(wǎng)絡的運維不再復雜化，降低了投資和運營成本。

3 虛擬化技術(shù)下的網(wǎng)絡切片的資源管理

網(wǎng)絡切片管理是5G網(wǎng)管系統(tǒng)中最重要的新功能。負責把用戶業(yè)務級別的需求轉(zhuǎn)化為基于NFV/SDN跨域部署文件及業(yè)務配置文件，并執(zhí)行業(yè)務級別的網(wǎng)絡切片生命周期管理，需要跨域協(xié)同實現(xiàn)整體端到端業(yè)務的管理和編排。

網(wǎng)絡切片利用虛擬化能夠管理每個網(wǎng)絡切片資源的生命周期，其生命周期分別為設計、購買、上線、運營、下線等 5個階段。其中，設計階段又包括切片設計和商業(yè)設計。在設計過程中專業(yè)人員能夠按照切片上預期特定業(yè)務的特點來選擇對應的特性，包含所需的功能、性能、安全、運維特征、業(yè)務體驗等，切片模板由設計完成后生成，也就是說，切片設計的過程就是完成。

針對商業(yè)設計，其設計人員則能依據(jù)市場策略對切片進行商業(yè)設計，而這種設計也能夠依照切片運行的不同特點實現(xiàn)差異化的商業(yè)設計，比如切片的能力規(guī)格（如支持多少規(guī)模用戶），依據(jù)切片運行的區(qū)域，有無可拓展能力等設計方式以確定差異化的定價。結(jié)束切片設計工作之后，就能購買設計好的切片了，購買方在購買切片時，應考慮到自己的地域、能力和業(yè)務等特征選取合適的切片。完成購買后，切片就可以上線了，切片上線的整個過程都是自動的，不需要人工操作。實際上，在切片上線時就實現(xiàn)了切片的安置。為實現(xiàn)指定功能的配置和安裝，以及切片的連通試驗，上線過程中系統(tǒng)會自動為切片選出最合理的虛擬和物理資源。

4 網(wǎng)絡切片的分類

網(wǎng)絡切片具有獨立性和完整性，可以獨自承擔部分或全部的網(wǎng)絡功能，是一個完整的邏輯網(wǎng)絡。5G網(wǎng)絡切片的目的是實現(xiàn)接入網(wǎng)資源、核心網(wǎng)資源、終端設備以及網(wǎng)絡管理系統(tǒng)等的有機組合，為不同業(yè)務或者商業(yè)場地提供可以獨立運維和管理的、相互隔離的完整網(wǎng)絡。在同一網(wǎng)絡的基礎(chǔ)設施上，5G網(wǎng)絡切片技術(shù)以虛擬獨立網(wǎng)絡的形式為各個應用場景提供互相隔離的網(wǎng)絡環(huán)境，達到每個應用場景可以依照不同的需求來制定網(wǎng)絡特性和功能的效果。網(wǎng)絡切片可以分為2種切片。

（1）獨立切片

具有獨立性的切片包含用戶面、控制面和各種業(yè)務功能，提供部分特定功能服務或者獨立的端到端專網(wǎng)服務給特定用戶群。

（2）共享切片

共享切片為不同的獨立切片提供同時使用的資源，其功能除了提供端到端的，也可以供應部分共享。

5 網(wǎng)絡切片的總體架構(gòu)

基于多種業(yè)務需求，5G移動網(wǎng)絡提供通用或特有的服務，從而生成不同的網(wǎng)絡切片，這就是網(wǎng)絡切片的總體架構(gòu)。在 5G移動網(wǎng)絡中，網(wǎng)元功能將會被弱化，且被虛擬機中運行的不同功能模塊所代替。功能模塊可以是自有能力的，也可以是第三方APP，模塊劃分粒度需依據(jù)業(yè)務的需求自由定義，例如以會話管理、移動管理、存儲、鑒權(quán)等不同功能模塊。用戶可以根據(jù)不同需求采用不同的功能模塊，從而形成不一樣的網(wǎng)絡切片，達到個性化服務的目的。典型的網(wǎng)絡切片不限于物聯(lián)網(wǎng)、eMBB、企業(yè)網(wǎng)、關(guān)鍵通信網(wǎng)絡等。

網(wǎng)絡能力開放平臺面向應用需求，依靠開放 API接口提供開放網(wǎng)絡能力和數(shù)據(jù)，通過面向上層應用例如第三方業(yè)務提供商、自營業(yè)務、內(nèi)容服務商、租戶等開放底層的網(wǎng)絡能力；通過面向應用需求的端到端網(wǎng)絡能力交付方式以完成網(wǎng)絡與資源、網(wǎng)絡與業(yè)務的共同協(xié)作，也推進網(wǎng)絡能力開放、虛擬化靈活調(diào)度的客觀優(yōu)點得以充分發(fā)揮。網(wǎng)絡能力開放平臺應用大數(shù)據(jù)信息技術(shù)挖掘網(wǎng)絡價值，對外提供網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和專有的差異化業(yè)務，把更好的用戶體驗帶給用戶，從而推動 IT與 CT業(yè)務的共同發(fā)展。在未來的 5G移動通信網(wǎng)絡中，為給運營商帶來更多盈利，自營公司或第三方公司能進一步加入到運營商網(wǎng)絡的建設中，實現(xiàn)平臺即服務（PaaS）的生態(tài)系統(tǒng)。

6 結(jié)束語

由于虛擬化和網(wǎng)絡能力開放等技術(shù)的日益更新和進步，網(wǎng)絡切片愈加具有實現(xiàn)價值的意義。網(wǎng)絡架構(gòu)的多元化作為 5G 移動網(wǎng)絡的必不可少的一部分，要實現(xiàn)多元化架構(gòu)就需應用5G網(wǎng)絡切片技術(shù)這種方法?？偠灾?，網(wǎng)絡切片技術(shù)將會成為運營商以獲取新盈利的重要技術(shù)，也是以后運營商和 OTT 公司進行后向合作的必要手段。

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