1 概述

隨著5G商用牌照的發(fā)放，5G越來越被廣泛提起。提到5G就不得不提網(wǎng)絡(luò)切片(Network Slicing)，作為5G中被討論最多的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片對于5G 的意義可謂巨大。本文先從5G網(wǎng)絡(luò)切片的概念講起，接著剖析網(wǎng)絡(luò)切片涉及的重點技術(shù)，再對網(wǎng)絡(luò)切片可能給運營商及行業(yè)用戶帶來的商業(yè)模式變化加以分析，最后剖析了5G網(wǎng)絡(luò)切片當(dāng)前迫切需要解決的問題和挑戰(zhàn)，期望端到端的5G網(wǎng)絡(luò)切片時代早點到來。

2 5G網(wǎng)絡(luò)切片的發(fā)展需求

要想知道5G網(wǎng)絡(luò)切片切的是什么，首先要看看5G的演進(jìn)史。眾所周知，從2G、3G到4G網(wǎng)絡(luò)，只是實現(xiàn)了單一的電話或上網(wǎng)需求。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，原來的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足隨著海量數(shù)據(jù)而來的各種新業(yè)務(wù)需求，再加上傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改造非常麻煩，5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生。5G網(wǎng)絡(luò)和4G相比，最大的變化在于，其服務(wù)的對象從過去的人與人之間的通訊，增加了人與物、物與物之間的互聯(lián)，實現(xiàn)了全連接。為了解決未來多連接和多樣化業(yè)務(wù)的需求，5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的初始目標(biāo)就是：部署靈活，分類管理，靈活滿足業(yè)務(wù)需求。

網(wǎng)絡(luò)切片實際上就是將一個物理網(wǎng)絡(luò)切割成多個虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每一個端到端的虛擬網(wǎng)絡(luò)都可以獲得邏輯獨立的網(wǎng)絡(luò)資源，而且各切片之間可以相互絕緣。因此，當(dāng)某一個切片產(chǎn)生錯誤、故障或擁堵時，并不影響其它切片。正如圖1所示，整個5G移動網(wǎng)絡(luò)就相當(dāng)于我們交通系統(tǒng)中的道路，用戶就是道路上的各種不同類型的車。網(wǎng)絡(luò)切片，就相當(dāng)于將網(wǎng)絡(luò)按用戶的需求為其劃定專門的車道，比如為公交車劃定BRT車道 ，為急救車劃定急救車道，小車劃定小車車道，這樣就保證了各車道的獨立性。

圖1 網(wǎng)絡(luò)切片示意

3 5G網(wǎng)絡(luò)切片的關(guān)鍵技術(shù)分析

那么對于5G網(wǎng)絡(luò)而言，要想實現(xiàn)端到端的切片，到底應(yīng)該怎么切呢？又該切什么呢？

在回答問題前，我們先看下傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)的組成。

傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)其架構(gòu)如圖2所示。由無線接入網(wǎng)+核心網(wǎng)組成。在4G網(wǎng)絡(luò)中，無線接入網(wǎng)部分由圖中的射頻單元（RU） 、數(shù)字單元（DU）這些專用設(shè)備組成；而核心網(wǎng)同樣由集合了PCRF、MME、S/PGW這些移動通用通信中不可缺少的專用設(shè)備組成。在4G網(wǎng)絡(luò)中，無論是核心網(wǎng)還是無線接入網(wǎng)，這些設(shè)備都是專用設(shè)備，并不能使用現(xiàn)成產(chǎn)品。

圖2 傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)組成

要想實現(xiàn)對整個通信物理網(wǎng)絡(luò)的切片，首先要做的就是要將網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，也就是常說的NFV（Network Function Virtualization）。從本質(zhì)上說，NFV就是將網(wǎng)絡(luò)中的專用設(shè)備的軟硬件功能（比如無線接入網(wǎng)上中的數(shù)字單元CU、核心網(wǎng)的MME、PCRF、S/P-GW等）轉(zhuǎn)移到虛擬主機(jī)（VMs，Virtual Machines）上來實現(xiàn)。簡單地說，就是用基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，來取代網(wǎng)絡(luò)中的專用的網(wǎng)元設(shè)備。以核心網(wǎng)為例，實現(xiàn)NFV就先從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中分離軟硬件，硬件由通用服務(wù)器統(tǒng)一管理，軟件則由不同的NF承擔(dān)，以實現(xiàn)靈活滿足業(yè)務(wù)需求。

除了NFV之外，在5G網(wǎng)絡(luò)中還采用了SDN（Software De fi nition Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)，核心思路就是將控制面和數(shù)據(jù)面分離來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化。

在NFV和SDN兩種技術(shù)的加持下，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)了革命性變化。NFV技術(shù)使專業(yè)網(wǎng)元設(shè)備變成通用商業(yè)化設(shè)備，降低了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度；SDN技術(shù)通過數(shù)據(jù)面與控制面的分享，實現(xiàn)了控制面的可編程，提高了靈活性。這一切使得實現(xiàn)用戶按需組網(wǎng)有了可能。不難看出，網(wǎng)絡(luò)切片并不是一項單獨的技術(shù)，NFV和SDN是實現(xiàn)該技術(shù)的基石。網(wǎng)絡(luò)切片利用這兩項技術(shù)，將5G網(wǎng)絡(luò)的物理資源抽象為虛擬資源，實現(xiàn)軟硬件的解耦以及與網(wǎng)絡(luò)功能的匹配和映射，進(jìn)而將不同的業(yè)務(wù)場景需求虛擬化為多個平行的相互隔離的邏輯網(wǎng)絡(luò)。

5G引入了全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無線接入網(wǎng)部分改變很大，核心網(wǎng)的改變更大。現(xiàn)在我們可以回答剛才提出的問題了：

5G切片本質(zhì)上切的是網(wǎng)絡(luò)資源，如圖3所示，借助NFV和SDN兩種技術(shù)，將無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)中獨立出來的網(wǎng)絡(luò)功能可以按照客戶需求像搭積木一樣，為不同需求的行業(yè)用戶搭建了一條端到端的專用道路。

圖3 網(wǎng)絡(luò)切片網(wǎng)絡(luò)資源切割示意

4 5G網(wǎng)絡(luò)切片帶來運營商商業(yè)模式的變化

進(jìn)入5G時代，對于最終消費者來說，更高的速率是吸引力；而對于網(wǎng)絡(luò)運營商而言，最欣喜的是切片。

對于最終的行業(yè)用戶來說，借助于網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，可以按自己的需求快速定制專網(wǎng)且價格不高；相當(dāng)于自己以低于專網(wǎng)的價格，得到了等同專網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量，在速率、時延、連接數(shù)、隔離性以及可靠性各方面都得到了極大保障。

對于網(wǎng)絡(luò)運營商而言，若沒有網(wǎng)絡(luò)切片，運營商上5G將沒有任何意義，還是擺脫不了賣卡的命運，而正是由于引入了網(wǎng)絡(luò)切片，可給運營商在以下幾方面帶來好處：

首先，網(wǎng)絡(luò)切片使網(wǎng)絡(luò)運營商變得更靈活。運營商可以根據(jù)需要為每個行業(yè)用戶選擇每個切片所需的特性，如低延遲、更高吞吐量、更高的連接密度、頻譜效率、流量容量和網(wǎng)絡(luò)效率等，不但可以提高創(chuàng)建產(chǎn)品和服務(wù)方面的效率，還能夠使IT以更低的成本實現(xiàn)更多目標(biāo)。

第二，網(wǎng)絡(luò)切片可以使網(wǎng)絡(luò)運營商實現(xiàn)更好的成本效益。網(wǎng)絡(luò)正逐漸將不必要的功能移除，并且在需要的地方添加新技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)切片結(jié)合了可以劃分、共享和優(yōu)化資源的通用底層基礎(chǔ)設(shè)施，對資源的使用更具成本效益，并有助于降低總體成本。

第三，網(wǎng)絡(luò)切片為網(wǎng)絡(luò)運營商帶來新的利益增長點。由于網(wǎng)絡(luò)切片的出現(xiàn)，未來的計費模式將是異常復(fù)雜的，計費模式和速率、時延、可靠性、連接數(shù)等多維度的參數(shù)都會息息相關(guān)，變化極大，這也使得網(wǎng)絡(luò)運營商的計費點會越來越多，改變原來單一賣卡賣流量的單計費模式，帶來更多的盈利增長點。

5 5G網(wǎng)絡(luò)切片的問題與挑戰(zhàn)

網(wǎng)絡(luò)切片帶給網(wǎng)絡(luò)運營商和最終的行業(yè)客戶無盡的喜悅，但也帶來了一些問題與挑戰(zhàn)。主要存在于以下幾個方面：

第一，5G網(wǎng)絡(luò)切片的終極目標(biāo)是要實現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡(luò)切片。為了實現(xiàn)這個端到端，從用戶到第三方應(yīng)用，需要核心網(wǎng)、承載網(wǎng)及無線網(wǎng)的全面支持（如圖4所示），才能實現(xiàn)真正的端到端。目前5G核心網(wǎng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，承載網(wǎng)隨著設(shè)備對于FLEX的支持，也是可以實現(xiàn)的，但無線側(cè)如何來做，目前還有兩個阻礙。一是按照目前國家政策不允許對無線頻譜進(jìn)行銷售，所以無法對頻譜進(jìn)行分割使用；二是在標(biāo)準(zhǔn)層面，網(wǎng)絡(luò)切片在無線側(cè)怎么切割還沒有定義，還沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)出臺提供可行的解決方案。這就意味著到用戶的的最后一步止步于無線接入這一層面，暫時無法做到按應(yīng)用和用戶在無線側(cè)實現(xiàn)“切片”。

圖4 端到端網(wǎng)絡(luò)切片

第二，按照目前3GPP的規(guī)范，僅僅定義了非漫游情況下的網(wǎng)絡(luò)切片相關(guān)方案。而對于漫游情況下，網(wǎng)絡(luò)切片如何做并無方案可用。對于很多需要全國漫游的行業(yè)而言，網(wǎng)絡(luò)切片還是處于一種可望而不可及的程度。

第三，網(wǎng)絡(luò)切片的初衷是最大程度地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)運營商的成本，以最小的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本服務(wù)最多的客戶，從而實現(xiàn)利益最大化。眾所周知，5G的三大場景對于網(wǎng)絡(luò)的需求分別如下：

（1）增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）：關(guān)注峰值速率、容量、頻譜效率、移動性、網(wǎng)絡(luò)能效等這些指標(biāo)，俗稱的大帶寬型業(yè)務(wù)場景；

（2）海量機(jī)器通信（mMTC）：主要關(guān)注連接數(shù)，對下載速率、移動性等指標(biāo)不太關(guān)心，俗稱的海量連接業(yè)務(wù)場景；

（3）高可靠低時延通信（uRLLC）：主要關(guān)注高可靠性、移動性和超低時延、對連接數(shù)、峰值速率、容量、頻譜效率、網(wǎng)絡(luò)能效等指標(biāo)都沒有太大需求，俗稱低時延場景。

最理想的情況就是同一張網(wǎng)絡(luò)，以上3種網(wǎng)絡(luò)需求的都有，這樣網(wǎng)絡(luò)運營商可以以一張網(wǎng)滿足不同客戶的需求，實現(xiàn)成本利益最大化。但從目前各行業(yè)用戶的需求來看，更多的業(yè)務(wù)需求還是集中在eMBB上；對于另外兩種業(yè)務(wù)場景而言，由于網(wǎng)絡(luò)能力和業(yè)務(wù)成熟度的限制，目前需求并不多。這就造成了大部分用戶的需求是集中的，大帶寬業(yè)務(wù)集中。這既使得一張網(wǎng)滿足不同業(yè)務(wù)場景的設(shè)計落到了空處， 也造成了只有一種類型的切片，基本上和不做切片沒有太大差異。

第四，對于能夠選擇使用切片的行業(yè)客戶而言，促使其選擇5G網(wǎng)絡(luò)切片而不是自建專網(wǎng)的理由無外是兩條：成本+移動性。那么在切片無法實現(xiàn)漫游的情況下，對于行業(yè)用戶的吸引力有多大就不可預(yù)測了。

從上面不難看出來，要想真正實現(xiàn)“端到端”的網(wǎng)絡(luò)切片，網(wǎng)絡(luò)運營商不僅需要和行業(yè)客戶一起深挖垂直行業(yè)需求，制定符合行業(yè)客戶真正需求的切片；還要在無線網(wǎng)絡(luò)側(cè)、漫游組網(wǎng)方案上和設(shè)備制造商一起完善相應(yīng)的技術(shù)解決方案，才能使這些成為可能。

6 展望

作為已經(jīng)全面拉開商用大幕的5G，5G相關(guān)技術(shù)不僅獲得了全球范圍的廣泛關(guān)注，也得到了幾乎所有電信運營商、電信設(shè)備制造商和研究機(jī)構(gòu)的支持。5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的引入讓網(wǎng)絡(luò)資源共享、網(wǎng)絡(luò)隔離、自動編排等成為可能，也讓網(wǎng)絡(luò)部署更加靈活。當(dāng)然5G網(wǎng)絡(luò)切片現(xiàn)在受限于標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展，還存在著無法漫游、無線側(cè)無法實現(xiàn)真正意義上的切片的問題，但隨著5G技術(shù)商用的逐步推進(jìn)，在網(wǎng)絡(luò)運營商、設(shè)備制造商和行業(yè)垂直客戶的共同推動下，相信5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的發(fā)展也將越來越成熟。

我們有理由相信，5G網(wǎng)絡(luò)切片必將與5G一起，讓自動工廠、遠(yuǎn)程醫(yī)療、無人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等以超高速率、超低時延、高可靠性的通信為基礎(chǔ)的新技術(shù)日益普及，給人們生活帶來了更大便利，徹底改變了人們生活方式，從而真正實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”。