一篇文章看懂，5G網(wǎng)絡(luò)切片是什么？

如果說4G網(wǎng)絡(luò)是一把刀，足可削鐵如泥、吹毛斷發(fā)。那么，5G網(wǎng)絡(luò)就是一把瑞士軍刀，靈活方便、多功能用途。

4G網(wǎng)絡(luò)主要為智能手機(jī)而生。進(jìn)入5G時(shí)代，我們將面臨“下一件大事（the next big thing）” — 物聯(lián)網(wǎng)。無物不聯(lián)的時(shí)代，將有大量的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，這些設(shè)備分屬不同的工業(yè)領(lǐng)域，它們具有不同的特點(diǎn)和需求。換句話說，它們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性、安全性、時(shí)延、可靠性，甚至是計(jì)費(fèi)方式的需求是不同的。所以，5G網(wǎng)絡(luò)必須得像瑞士軍刀一樣靈活方便且具有多功能性。

舉兩個(gè)例子。

用于森林防火的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，分布于森林的大量傳感器檢測(cè)溫度、濕度和降水，它們是靜止不動(dòng)的，它們并不需要像智能手機(jī)一樣需要切換、位置更新等移動(dòng)性管理。一份NOKIA的報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)5G網(wǎng)絡(luò)中有70%的設(shè)備是靜止不動(dòng)的，而移動(dòng)用戶僅占30%。

當(dāng)5G應(yīng)用于無人駕駛、遠(yuǎn)程機(jī)器人控制等領(lǐng)域中，則要求超低的端到端時(shí)延，這個(gè)時(shí)延比智能手機(jī)無線上網(wǎng)的時(shí)延要低得多，通常不能超過幾毫秒。

所以，面向不同的應(yīng)用領(lǐng)域，5G網(wǎng)絡(luò)得像瑞士軍刀一樣。怎么辦？當(dāng)全世界都在談5G的時(shí)候，通信業(yè)界里談?wù)摰米疃嗟氖?—— 5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)（Network Slicing）。網(wǎng)絡(luò)切片，已成為中國(guó)移動(dòng)，韓國(guó)KT、SK電信，日本KDDI 和NTT，以及愛立信、諾基亞、華為等設(shè)備商公認(rèn)的最理想的5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

什么是網(wǎng)絡(luò)切片？最簡(jiǎn)單的理解，就是將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)切割成多個(gè)虛擬的端到端的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)之間，包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備、接入、傳輸和核心網(wǎng)，是邏輯獨(dú)立的，任何一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障都不會(huì)影響到其它虛擬網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)就像是瑞士軍刀上的鉗子、鋸子一樣，具備不同的功能特點(diǎn)，面向不同的需求和服務(wù)。

或者可以這么說，就像你安裝電腦的時(shí)候，將你的物理硬盤分區(qū)，劃分成C盤、D盤、E盤…

為了進(jìn)一步了解5G網(wǎng)絡(luò)切片，我們先將5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景劃分為三類：移動(dòng)寬帶、海量物聯(lián)網(wǎng)（Massive IoT）和任務(wù)關(guān)鍵性物聯(lián)網(wǎng)（Mission-critical IoT）。

如上表所示，5G網(wǎng)絡(luò)的三類應(yīng)用場(chǎng)景的服務(wù)需求是不一樣的：

1）移動(dòng)寬帶

5G時(shí)代將面向4K/8K超高清視頻、全息技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用，移動(dòng)寬帶的主要需求是更高的數(shù)據(jù)容量。

2）海量物聯(lián)網(wǎng)

海量傳感器部署于測(cè)量、建筑、農(nóng)業(yè)、物流、智慧城市、家庭等領(lǐng)域，這些傳感器設(shè)備是非常密集的，大部分是靜止的。

3）任務(wù)關(guān)鍵性物聯(lián)網(wǎng)

任務(wù)關(guān)鍵性物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用于無人駕駛、自動(dòng)工廠、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域，主要需求是超低時(shí)延和高可靠性。

4G網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)于人，連接網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備是智能手機(jī)，不需要網(wǎng)絡(luò)切片以面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

5G時(shí)代，不同領(lǐng)域的不同設(shè)備大量接入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)將面向三類應(yīng)用場(chǎng)景：移動(dòng)寬帶、海量物聯(lián)網(wǎng)和任務(wù)關(guān)鍵性物聯(lián)網(wǎng)。

如何網(wǎng)絡(luò)切片呢？我們并不需要為每一類應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，所以，它不是這樣的...

我們要做的是，將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)虛擬的邏輯網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，這就叫網(wǎng)絡(luò)切片。

5G白皮書里關(guān)于網(wǎng)絡(luò)切片的架構(gòu)是這樣的：

我們將如何完成端到端的網(wǎng)絡(luò)切片呢？上面的內(nèi)容太抽象，在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)部署中我們是怎么做的呢？

1）5G無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)：NFV

目前4G網(wǎng)絡(luò)中主要終端設(shè)備是手機(jī)，網(wǎng)絡(luò)中的無線接入網(wǎng)部分（包括數(shù)字單元（DU）和射頻單元（RU））和核心網(wǎng)部分都采用設(shè)備商提供的專用設(shè)備。

如下圖：

為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV，Network Function Virtualization）是先決條件。本質(zhì)上講，所謂NFV，就是將網(wǎng)絡(luò)中的專用設(shè)備的軟硬件功能（比如核心網(wǎng)中的MME, S/P-GW和PCRF，無線接入網(wǎng)中的數(shù)字單元DU等）轉(zhuǎn)移到虛擬主機(jī)（VMs，Virtual Machines）上。這些虛擬主機(jī)是基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的商用服務(wù)器，它們是COTS商用現(xiàn)成產(chǎn)品，低成本且安裝簡(jiǎn)便。 簡(jiǎn)單的說，就是用基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器、存儲(chǔ)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。

網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過功能虛擬化后，無線接入網(wǎng)部分叫邊緣云（Edge Cloud），而核心網(wǎng)部分叫核心云（Core Cloud）。邊緣云中的VMs和核心云中的VMs，通過SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）互聯(lián)互通。

這樣，網(wǎng)絡(luò)采用NFV和SDN后，執(zhí)行切片就非常容易了，像切面包一樣水平將網(wǎng)絡(luò)“切”成多個(gè)虛擬子網(wǎng)絡(luò)（片）就可以了。

如上圖所示，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，網(wǎng)絡(luò)被“切”成4“片”：

高清視頻切片：原來網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字單元（DU）和部分核心網(wǎng)功能被虛擬化后，加上存儲(chǔ)服務(wù)器，統(tǒng)一放入邊緣云。而部分被虛擬化的核心網(wǎng)功能放入核心云。

手機(jī)切片：原網(wǎng)絡(luò)無線接入部分的數(shù)字單元（DU）被虛擬化后，放入邊緣云。而原網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)功能，包括IMS，被虛擬化后放入核心云。

海量物聯(lián)網(wǎng)切片：由于大部分傳感器都是靜止不動(dòng)的，并不需要移動(dòng)性管理，在這一切片里，核心云的任務(wù)相對(duì)輕松簡(jiǎn)單。

任務(wù)關(guān)鍵性物聯(lián)網(wǎng)切片：由于對(duì)時(shí)延要求很高，為了最小化端到端時(shí)延，原網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)功能和相關(guān)服務(wù)器均下沉到邊緣云。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是這樣的：

當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)并不僅限于這幾類切片，它是靈活的，運(yùn)營(yíng)商可以隨心所欲的根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景定制自己的虛擬網(wǎng)絡(luò)。

2）邊緣云與核心云的連接： IP/MPLS-SDN

5G切片網(wǎng)絡(luò)通過SDN連接邊緣云和核心云里的VMs。核心云里有虛擬化的服務(wù)器，服務(wù)器的Hypervisor里運(yùn)行著內(nèi)置的vRouter/vSwitch，SDN控制器負(fù)責(zé)在虛擬服務(wù)器與DC G/W路由器之間創(chuàng)建SDN tunnels，隨后，SDN控制器執(zhí)行SDN tunnels和MPLS L3 VPN之間的映射，從而建立核心云與邊緣云之間的連接。

3）邊緣云與基站射頻單元的網(wǎng)絡(luò)切片

現(xiàn)在，我們來到前傳部分。如何完成5G 射頻單元（RU）與邊緣云之間（前傳）部分的切片？首先需要定義5G前傳的標(biāo)準(zhǔn)，目前并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。下圖是國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）5G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)研究小組（Focus Group on IMT-2020）曾提出的一個(gè)虛擬化前傳的結(jié)構(gòu)圖，有興趣可以看看：

這就是5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，有了它，5G才會(huì)成為無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域鋒利的瑞士軍刀。

通信路上，一起走！

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