如何抓住网络切片

⑴ 为什么5G需要网络切片 以及如何实现

5G和网络切片

当5G被广泛提及的时候，网络切片是其中讨论最多的技术。像KT、SK Telecom、China Mobile、DT、KDDI、NTT等网络运营商，以及Ericsson、Nokia 、Huawei 等设备商都认为网络切片是5G时代的理想网络架构。

这个新技术可以让运营商在一个硬件基础设施切分出多个虚拟的端到端网络，每个网络切片从设备到接入网到传输网再到核心网在逻辑上隔离，适配各种类型服务的不同特征需求。

对于每一个网络切片，像虚拟服务器、网络带宽、服务质量等专属资源都得到充分保证。由于切片之间相互隔离，所以一个切片的错误或故障不会影响到其它切片的通信。

为什么5G需要网络切片

从以往到目前4G网络，移动网络主要服务移动手机，一般来说只为手机做一些优化。然而在5G时代，移动网络需要服务各种类型和需求的设备。大家提的比较多的应用场景包括移动宽带、大规模物联网、任务关键的物联网。他们都需要不同类型的网络，在移动性、计费、安全、策略控制、延时、可靠性等方面有各不相同的要求。

例如一个大规模物联网服务连接固定传感器测量温度、湿度、降雨量等。不需要移动网络中那些主要服务手机的切换、位置更新等特性。另外像自动驾驶以及远程控制机器人等任务关键的物联网服务需要几毫秒的端到端延时，这就和移动宽带业务大不相同。

5G的主要应用场景

这是不是意味着我们需要为每一个服务建设一个专用网络了？例如，一个服务5G手机，一个服务5G大规模物联网，一个服务5G任务关键的物联网。其实不需要，因为我们可以通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑的网络，这是一个非常节省成本的做法！

网络切片的应用需求

NGMN发布的5G白皮书中阐述的5G网络切片如下图所示：

NGMN 5G网络切片示意图

我们怎么实现端到端网络切片？

（1）5G的无线接入网络和核心网：NFV化

在如今的移动网络中，主要的设备是手机。RAN（DU和RU）和核心功能由RAN厂商提供的专用网络设备构建。为了实现网络切片，网络功能虚拟化（NFV）是一个先决条件。基本上，NFV的主要思想是将网络功能软件（即分组核心中的MME，S / P-GW和PCRF以及RAN中的DU）全部部署在商业服务器上的虚拟机，而不是单独部署在其专用网络设备。这样，RAN当作边缘云，而核心功能当作核心云。位于边缘和核心云中的VM之间的连接使用SDN进行配置。然后，为每个服务（即电话切片、大规模物联网切片、任务关键的物联网切片等等）创建切片。

如何实现网络切片之一

下图显示了每个服务专用的应用程序如何可以虚拟化并安装在每个切片中。 例如，切片可以配置如下：

（1）UHD切片：在边缘云中虚拟化DU，5G核心（UP）和缓存服务器，以及在核心云中虚拟化5G核心（CP）和MVO服务器

（2）电话切片：在核心云中虚拟化具有全移动功能的5G核心（UP和CP）和IMS服务器

（3）大规模物联网切片（例如传感器网络）：在核心云中虚拟化一个简单轻便的5G内核没有移动性管理功能

（4）任务关键的物联网切片：在边缘云中虚拟化5G核心（UP）和相关服务器（例如V2X服务器），用于最小化传输延迟

到目前为止，我们需要为具有不同要求的服务创建专用切片。并且根据不同服务特性将虚拟网络功能放置在每个切片中的不同位置（即边缘云或核心云）。此外，一些网络功能例如如计费，策略控制等，在某些切片中可能是必要的，但在其他网络切片中不是必需的。运营商可以按照他们想要的方式定制网络切片，而且可能是最具成本效益的方式。

如何实现网络切片之二

（2）边缘与核心云间的网络切片：IP/MPLS-SDN

软件定义网络，尽管在首先介绍的时候是一个很简单的概念，但现在变得越来越复杂。就以Overlay形式为例，SDN技术能够在现有的网络基础设施上提供虚拟机间的网络连接。

端到端网络切片

首先我们看如何保证边缘云与核心云的虚拟机间的网络连接是安全的，虚拟机间的网络需要基于IP/MPLS-SDN和Transport SDN来实现。本文我们主要讨论路由器厂商提供的IP/MPLS-SDN。Ericsson和Juniper都提供IP/MPLS SDN网络架构产品。操作有些许不同，但基于SDN的虚拟机间的连接是极其相似的。

在核心云中是虚拟化服务器。 在服务器的管理程序中，运行内置的vRouter / vSwitch。 SDN控制器提供虚拟化服务器和DC G / W路由器（云数据中心中创建MPLS L3 VPN的PE路由器）间的隧道配置，在核心云中的每个虚拟机（例如5G IoT核心）和DC G / W路由器间创建SDN隧道（即MPLS GRE或VXLAN）。

然后，由SDN控制器管理这些隧道和MPLS L3 VPN（例如IoT VPN）之间的映射。该过程在边缘云中也是一样，创建一个物联网切片从边缘云连接到IP / MPLS骨干，并一直到核心云。 这个过程可以基于目前为止成熟可用的技术和标准来实现。

（3）边缘与核心云间的网络切片：IP/MPLS-SDN

现在剩下的是移动前传网络。 我们如何在边缘云和5G RU之间切割这个移动前传网络？ 首先，必须首先定义5G前传网络。大家在讨论中存在一些选择（例如通过重新定义DU和RU的功能来引入新的基于分组的前传网络），但是还没有做出标准定义。下图是在ITU IMT 2020工作组中给出的图示，并给出了虚拟化前传网络的示例。

⑵ 5g网络切片有三大类

5G网络切片三大类是移动宽带、海量物联网、任务关键性物联网。

1、移动宽带

5G时代将面向4K、8K超高清视频、全息技术、增强现实、虚拟现实等应用，移动宽带的主要需求是更高的数据容量。

关于网络切片的介绍

网络切片是一组带有特定无线配置和传输配置的网络功能的集合，可以为运营商在同一套物理设备上提供多个端到端的虚拟网络。这些网络功能可以灵活部署在网络的任何节点，例如接入节点、边缘节点或者核心节点，以便适配运营商期望的任何商业模式。

一个网络切片，拥有独立的拓扑、虚拟网络资源、流量和配置规则。多个网络切片可以满足未来5G网络中不同用户的特定传输需求。比如一个IoT工业网络切片需要一个轻型5G核，无切换但支持海量连接，而移动宽带切片则需要大宽带的核、移动性支持和低延迟。

⑶ 如何理解网络切片

网络切片是一种新型网络架构，在同一个共享的网络基础设施上提供多个逻辑网络，每个逻辑网络服务于特定的业务类型或者行业用户。每个网络切片都可以灵活定义自己的逻辑拓扑、SLA需求、可靠性和安全等级，以满足不同业务、行业或用户的差异化需求。运营商通过网络切片可以降低建设多张专网的成本，而且可根据业务需求提供高度灵活的按需调配的网络服务，从而提升运营商的网络价值和变现能力，并助力各行各业的数字化转型。

网络切片的产生
随着5G和云时代多样化新业务的涌现，不同的行业、业务或用户对网络提出了各种各样的服务质量要求。例如，对于移动通信、智能家居、环境监测、智能农业和智能抄表等业务，需要网络支持海量设备连接和大量小报文频发；网络直播、视频回传和移动医疗等业务对传输速率提出了更高的要求；车联网、智能电网和工业控制等业务则要求毫秒级的时延和接近100%的可靠性。因此，5G网络应具有海量接入、确定性时延、极高可靠性等能力，需要构建灵活、动态的网络，以满足用户和垂直行业多样化业务需求。


面对以上需求，网络切片技术应运而生，通过网络切片，运营商能够在一个通用的物理网络之上构建多个专用的、虚拟化的、互相隔离的逻辑网络，来满足不同客户对网络能力的差异化要求。

5G端到端网络切片包括无线接入网络切片、移动核心网络切片和IP承载网络切片。其中无线接入网和移动核心网的网络切片架构和技术规范由3GPP进行定义，IP承载网络切片的架构和技术规范主要由IETF、BBF、IEEE、ITU-T等标准组织定义。以下章节将围绕IP承载网络切片展开。

在5G端到端网络切片中，IP承载网络切片的主要功能是为无线接入网与核心网的网络切片中的网元和服务之间提供定制化的网络拓扑连接，以及为不同网络切片的业务提供差异化的服务质量SLA保证。此外，为了实现与无线接入网和核心网切片的端到端网络切片协同管理，以及将网络切片作为一项新业务提供给垂直行业租户，承载网还需要对外提供开放的网络切片管理接口，用于网络切片的生命周期管理。

网络切片的架构
IP承载网络切片架构整体上可以划分为三个层次，网络切片转发层、网络切片控制层和网络切片管理层。

网络切片转发层

网络切片转发层需要具备灵活精细化的资源预留能力，支持将物理网络中的转发