5G網(wǎng)絡端到端切片技術應用探究
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摘要：網(wǎng)絡切片作為5g網(wǎng)絡的關鍵技術之一，其在5G網(wǎng)絡解決提供差異化服務保障方面發(fā)揮著重要作用。隨著商用5G網(wǎng)絡不斷擴張和業(yè)務深化，如何建設合適的網(wǎng)絡切片技術在面臨5G業(yè)務場景日益多樣化挑戰(zhàn)的同時愈發(fā)重要。為了更好適應今后的5G網(wǎng)絡建設發(fā)展需要，網(wǎng)絡可以根據(jù)不同的業(yè)務場景切割成對應的虛擬網(wǎng)絡，以滿足當前特定業(yè)務場景的需求，提高用戶的服務質(zhì)量。以5G端到端切片技術為研究對象，文章從無線子切片、承載子切片和核心網(wǎng)子切片等方面闡述，著重介紹在不同場景下端到端切片技術的側(cè)重點和技術要求。同時結(jié)合業(yè)務發(fā)展預測運營商的實際建設需要，為不同5G業(yè)務場景下的網(wǎng)絡切片指出可能存在的潛在問題，并提供建設方案。
關鍵詞：5G；端到端；網(wǎng)絡切片；無線子切片；網(wǎng)絡建設；協(xié)議棧
0引言
在國家、運營商和相關行業(yè)的大力扶持下，5G網(wǎng)絡建設飛速發(fā)展。以網(wǎng)絡直播、智能駕駛和VR/AR等為代表的新型業(yè)務依托5G網(wǎng)絡蓬勃發(fā)展，并根據(jù)人們的需要不斷變化。隨著5G網(wǎng)絡建設程度不斷擴大和深入，新場景和新業(yè)務如雨后春筍般出現(xiàn)。以大帶寬、低時延和高可靠性為特征的高服務質(zhì)量對于5G網(wǎng)絡提出新的要求，如何建設更加適合行業(yè)發(fā)展的5G網(wǎng)絡是今后重要的研究內(nèi)容[1]。網(wǎng)絡切片是基于應用場景和業(yè)務需求而設計的一種邏輯網(wǎng)絡方案，其目的是為了用現(xiàn)有的資源來滿足最多的業(yè)務需要。網(wǎng)絡切片是5G網(wǎng)絡的關鍵技術之一，它可以根據(jù)實際業(yè)務需求組建臨時邏輯網(wǎng)絡，以滿足不同場景業(yè)務的需要。通過靈活匹配不同業(yè)務和場景，在充分共享物理網(wǎng)絡資源的同時最大限度滿足用戶需求。具備以上特性，網(wǎng)絡切片可以保障業(yè)務的端到端服務等級協(xié)議。因此，網(wǎng)絡切片在運營商方面占有舉足輕重的地位。如何設計和規(guī)劃網(wǎng)絡切片是一個值得廣泛關注的研究熱點[2]。
1網(wǎng)絡切片
5G網(wǎng)絡切片需要基于SA網(wǎng)絡架構(gòu)實現(xiàn)。根據(jù)不同的業(yè)務需求，其目的功能也會有所差異。考慮到運營商的運維成本和用戶服務質(zhì)量，網(wǎng)絡切片在具體要求方面有不同標準[3]。5G網(wǎng)絡切片包含組網(wǎng)、存儲運算和連接關系等技術域，其端到端架構(gòu)設計如圖1所示。運營商通過網(wǎng)絡切片可實現(xiàn)在多種差異業(yè)務場景下高效、動態(tài)、靈活的組網(wǎng)[4]。同時能夠結(jié)合業(yè)務需要分割不同業(yè)務網(wǎng)絡，保障不同用戶群體的需求。因此，運營商可以通過網(wǎng)絡切片實現(xiàn)高質(zhì)量的運營，并使得多種業(yè)務獨立運行。
2關鍵技術
一個端到端網(wǎng)絡切片需要多個領域協(xié)作，通過不同的網(wǎng)絡子切片靈活組網(wǎng)，實現(xiàn)在同一網(wǎng)絡下為不同業(yè)務提供高質(zhì)量服務的目的。考慮到實際情況[5]，運營商需根據(jù)具體應用場景制定不同的關鍵指標（網(wǎng)絡性能、安全可靠性和網(wǎng)絡運維為重要參考指標）。關鍵參考指標及其內(nèi)容見表1所列。
3實現(xiàn)設計
網(wǎng)絡切片遵循“橫向協(xié)同，縱向到底”的原則，實現(xiàn)縱向無線、承載和核心網(wǎng)等三層切片管理功能，橫向?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡切片內(nèi)部間的業(yè)務功能，完成5G端到端切片[6-7]。網(wǎng)絡切片的橫向和縱向功能管理如圖2所示。
3.1無線子切片
物理層是5G網(wǎng)絡的系統(tǒng)底層，因此無線子切片對于網(wǎng)絡切片而言是最基層、最重要的組成部分。該部分包含切片資源的劃分、隔離、選擇、移動性管理和QoS等方面的內(nèi)容。3.1.1協(xié)議棧功能靈活的協(xié)議棧功能切片可有效提高5G網(wǎng)絡性能，以滿足差異化業(yè)務需求。將無線基站拆分為CU和DU功能單元：CU用來承載非實時業(yè)務，DU負責處理實時業(yè)務。可根據(jù)不同的業(yè)務指標動態(tài)將不同的功能分開并通過CU和DU分別執(zhí)行。例如DU處理時延強相關業(yè)務，CU承載其他業(yè)務，簡化協(xié)議棧功能，極大提高了網(wǎng)絡處理能力。但CU和DU的功能不是固定的，可根據(jù)網(wǎng)絡需要交換兩者內(nèi)部功能。3.1.2無線時頻資源將無線時頻資源分為無線時頻資源硬切和無線時頻資源軟切。軟切相較于固定頻率的無線時頻資源切片而言，其優(yōu)點是可以做到按需分配切片間的資源，極大地提高了不同業(yè)務對于不同無線時頻資源的利用效率。同時軟切可以根據(jù)切片業(yè)務實現(xiàn)實時調(diào)度管理，有效提高網(wǎng)絡的魯棒性。
3.2承載子切片
SDN可以將承載視作資源池，將承載切割成網(wǎng)絡切片進行靈活分配，構(gòu)造虛擬網(wǎng)絡可有效提高物理層和鏈路層間的業(yè)務交換能力。傳輸網(wǎng)采用網(wǎng)絡切片方式分割成多個虛擬網(wǎng)絡，將網(wǎng)絡物理層端口、節(jié)點和鏈路等拓撲資源虛擬化，提高網(wǎng)絡接入性能。同時分割出的虛擬網(wǎng)絡不僅具備獨立于其他虛擬網(wǎng)絡的承載功能，還能夠支持高層的各種業(yè)務。承載子切片可以靈活組合和分割，進一步提高了5G網(wǎng)絡的性能。
3.3核心網(wǎng)子切片
核心網(wǎng)基于SBA重構(gòu)。微服務按業(yè)務需求進行靈活編排，形成不同的切片。根據(jù)時延、可靠性和吞吐量等參數(shù)進行動態(tài)組合，以滿足不同業(yè)務需求。也可以根據(jù)需要添加或減少相應切片以滿足特殊業(yè)務場景需要。根據(jù)時延或帶寬等的不同，切片的微服務可以靈活部署在網(wǎng)絡的不同位置，以滿足不同業(yè)務場景需要。這使得運營商可以根據(jù)實際核心網(wǎng)絡情況動態(tài)調(diào)整切片方案，進一步降低網(wǎng)絡運維成本。最后，經(jīng)過無線、承載和核心網(wǎng)等縱向子切片的協(xié)同工作，為端到端的橫向切片eMBB、mMTC和uRLLC提供支撐，使不同的業(yè)務可以在不同的切片之上暢行。
4結(jié)語
5G網(wǎng)絡端到端切片針對未來多樣化的應用場景具有深遠的意義和影響。以5G端到端切片技術為研究對象，文章從無線子切片、承載子切片和核心網(wǎng)子切片等方面展開闡述，著重介紹在不同場景下端到端切片技術的側(cè)重方面和技術要求。考慮到未來業(yè)務場景會有革命性變革，網(wǎng)絡切片技術也會隨之改變，因此如何讓網(wǎng)絡切片技術更好地服務于5G網(wǎng)絡，仍舊是一個極具活力的開放性問題[8-10]。
作者:劉亨 單位:中國移動通信集團廣東有限公司