一篇文章看懂，5G網絡切片是什么？

如果說4G網絡是一把刀，足可削鐵如泥、吹毛斷發。那么，5G網絡就是一把瑞士軍刀，靈活方便、多功能用途。

4G網絡主要為智能手機而生。進入5G時代，我們將面臨“下一件大事（the next big thing）” — 物聯網。無物不聯的時代，將有大量的設備接入網絡，這些設備分屬不同的工業領域，它們具有不同的特點和需求。換句話說，它們對于網絡的移動性、安全性、時延、可靠性，甚至是計費方式的需求是不同的。所以，5G網絡必須得像瑞士軍刀一樣靈活方便且具有多功能性。

舉兩個例子。

用于森林防火的物聯網應用中，分布于森林的大量傳感器檢測溫度、濕度和降水，它們是靜止不動的，它們并不需要像智能手機一樣需要切換、位置更新等移動性管理。一份NOKIA的報告顯示，預計5G網絡中有70%的設備是靜止不動的，而移動用戶僅占30%。

當5G應用于無人駕駛、遠程機器人控制等領域中，則要求超低的端到端時延，這個時延比智能手機無線上網的時延要低得多，通常不能超過幾毫秒。

所以，面向不同的應用領域，5G網絡得像瑞士軍刀一樣。怎么辦？當全世界都在談5G的時候，通信業界里談論得最多的是 —— 5G網絡切片技術（Network Slicing）。網絡切片，已成為中國移動，韓國KT、SK電信，日本KDDI 和NTT，以及愛立信、諾基亞、華為等設備商公認的最理想的5G網絡構架。

什么是網絡切片？最簡單的理解，就是將一個物理網絡切割成多個虛擬的端到端的網絡，每個虛擬網絡之間，包括網絡內的設備、接入、傳輸和核心網，是邏輯獨立的，任何一個虛擬網絡發生故障都不會影響到其它虛擬網絡。每個虛擬網絡就像是瑞士軍刀上的鉗子、鋸子一樣，具備不同的功能特點，面向不同的需求和服務。

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

為了進一步了解5G網絡切片，我們先將5G網絡的應用場景劃分為三類：移動寬帶、海量物聯網（Massive IoT）和任務關鍵性物聯網（Mission-critical IoT）。

如上表所示，5G網絡的三類應用場景的服務需求是不一樣的：

1）移動寬帶

5G時代將面向4K/8K超高清視頻、全息技術、增強現實/虛擬現實等應用，移動寬帶的主要需求是更高的數據容量。

2）海量物聯網

海量傳感器部署于測量、建筑、農業、物流、智慧城市、家庭等領域，這些傳感器設備是非常密集的，大部分是靜止的。

3）任務關鍵性物聯網

任務關鍵性物聯網主要應用于無人駕駛、自動工廠、智能電網等領域，主要需求是超低時延和高可靠性。

4G網絡主要服務于人，連接網絡的主要設備是智能手機，不需要網絡切片以面向不同的應用場景。

5G時代，不同領域的不同設備大量接入網絡，網絡將面向三類應用場景：移動寬帶、海量物聯網和任務關鍵性物聯網。

如何網絡切片呢？我們并不需要為每一類應用場景構建一個網絡，所以，它不是這樣的...

我們要做的是，將一個物理網絡分成多個虛擬的邏輯網絡，每一個虛擬網絡對應不同的應用場景，這就叫網絡切片。

5G白皮書里關于網絡切片的架構是這樣的：

我們將如何完成端到端的網絡切片呢？上面的內容太抽象，在實際的網絡部署中我們是怎么做的呢？

1）5G無線接入網和核心網：NFV

目前4G網絡中主要終端設備是手機，網絡中的無線接入網部分（包括數字單元（DU）和射頻單元（RU））和核心網部分都采用設備商提供的專用設備。

如下圖：

為了實現網絡切片，網絡功能虛擬化（NFV，Network Function Virtualization）是先決條件。本質上講，所謂NFV，就是將網絡中的專用設備的軟硬件功能（比如核心網中的MME, S/P-GW和PCRF，無線接入網中的數字單元DU等）轉移到虛擬主機（VMs，Virtual Machines）上。這些虛擬主機是基于行業標準的商用服務器，它們是COTS商用現成產品，低成本且安裝簡便。 簡單的說，就是用基于行業標準的服務器、存儲和網絡設備，來取代網絡中的專用的網元設備。

網絡經過功能虛擬化后，無線接入網部分叫邊緣云（Edge Cloud），而核心網部分叫核心云（Core Cloud）。邊緣云中的VMs和核心云中的VMs，通過SDN（軟件定義網絡）互聯互通。

這樣，網絡采用NFV和SDN后，執行切片就非常容易了，像切面包一樣水平將網絡“切”成多個虛擬子網絡（片）就可以了。

如上圖所示，針對不同的應用場景，網絡被“切”成4“片”：

高清視頻切片：原來網絡中數字單元（DU）和部分核心網功能被虛擬化后，加上存儲服務器，統一放入邊緣云。而部分被虛擬化的核心網功能放入核心云。

手機切片：原網絡無線接入部分的數字單元（DU）被虛擬化后，放入邊緣云。而原網絡的核心網功能，包括IMS，被虛擬化后放入核心云。

海量物聯網切片：由于大部分傳感器都是靜止不動的，并不需要移動性管理，在這一切片里，核心云的任務相對輕松簡單。

任務關鍵性物聯網切片：由于對時延要求很高，為了最小化端到端時延，原網絡的核心網功能和相關服務器均下沉到邊緣云。

網絡結構是這樣的：

當然，網絡切片技術并不僅限于這幾類切片，它是靈活的，運營商可以隨心所欲的根據應用場景定制自己的虛擬網絡。

2）邊緣云與核心云的連接： IP/MPLS-SDN

5G切片網絡通過SDN連接邊緣云和核心云里的VMs。核心云里有虛擬化的服務器，服務器的Hypervisor里運行著內置的vRouter/vSwitch，SDN控制器負責在虛擬服務器與DC G/W路由器之間創建SDN tunnels，隨后，SDN控制器執行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絡切片

現在，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前傳的標準，目前并沒有統一的標準。下圖是國際電信聯盟（ITU）5G移動通信標準研究小組（Focus Group on IMT-2020）曾提出的一個虛擬化前傳的結構圖，有興趣可以看看：

這就是5G網絡切片技術，有了它，5G才會成為無線網絡領域鋒利的瑞士軍刀。

通信路上，一起走！

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