一文讀懂網(wǎng)絡(luò)切片

在各種新興業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)的今天，現(xiàn)有的4G LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足日益增多的業(yè)務(wù)需求，因此未來的網(wǎng)絡(luò)需要通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)從“one size fits all”向“one size per service”過渡。在《網(wǎng)絡(luò)切片“火鍋論”：同一口鍋，不同的夢想》一文中，我們解釋了網(wǎng)絡(luò)切片是什么。

那么端到端網(wǎng)絡(luò)切片究竟是如何實現(xiàn)的？在不同的網(wǎng)絡(luò)域，切片到底切的是什么？終端用不用切？這些切片又是如何管理的呢？

5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片是指將網(wǎng)絡(luò)資源靈活分配，按需組網(wǎng)，基于5G網(wǎng)絡(luò)虛擬出多個具有不同特點且互相隔離的邏輯子網(wǎng)，每個端到端網(wǎng)絡(luò)切片均由無線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)子切片組合而成，并通過端到端切片管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一的管理。

無線網(wǎng)如何“切”

業(yè)務(wù)需求和應(yīng)用場景逐漸多樣化，無線接入網(wǎng)（RAN）也需要具有靈活部署的特性，根據(jù)SLA（服務(wù)等級協(xié)議）需求的不同，進行靈活的無線網(wǎng)子切片的定制。無線網(wǎng)主要是“切”協(xié)議棧功能和時頻資源。

1.協(xié)議棧功能模塊化分離
根據(jù)業(yè)務(wù)需求的不同，可以靈活地對無線網(wǎng)側(cè)協(xié)議棧功能進行定制切分。無線側(cè)基站分為CU（集中單元）和DU（分布單元）兩個單元，這兩個單元是BBU拆分來的。解耦后的CU用于集中承載非實時業(yè)務(wù)，DU則主要負責對實時業(yè)務(wù)的處理，因此可以把跟時延相關(guān)性不大的功能上移到CU，跟時延強相關(guān)的下放到DU。像單向多播類業(yè)務(wù)就可以讓這個切片功能最簡化，而低時延類業(yè)務(wù)可以把CU里的一些功能下沉到DU。

CU集中/DU分布的架構(gòu)可以為網(wǎng)絡(luò)切片提供良好的靈活性，可以根據(jù)實際需求進行靈活地定制部署。

2.時頻資源的切分

• 無線時頻資源硬切：頻率、時間資源以固定的方式分配給每個特定的切片，用戶可利用這些靜態(tài)的無線資源接入切片網(wǎng)絡(luò)，但這種方式不靈活，網(wǎng)絡(luò)的資源利用率不高。

• 無線時頻資源軟切：對頻譜資源來講，可以獨立預(yù)留出一些資源給URLLC這種緊急性的業(yè)務(wù)使用，然后網(wǎng)絡(luò)切片的調(diào)度管理服務(wù)根據(jù)切片業(yè)務(wù)請求的實時到達情況按需分配時頻資源，并確保各切片間的資源平衡分配，這種切分方式讓整個頻譜資源利用率大幅提升，不會造成資源的浪費。

傳輸網(wǎng)如何“切”

5G時代追求萬物互聯(lián)，要滿足各種不同垂直行業(yè)的差異化需求，因此傳輸網(wǎng)切片網(wǎng)絡(luò)的不同業(yè)務(wù)之間需要互相隔離且能夠獨立運維，需要給不同需求的業(yè)務(wù)分配不同的傳輸網(wǎng)切片，每個傳輸網(wǎng)切片就像一個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)。

傳輸網(wǎng)切片運用虛擬化技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)的鏈路、節(jié)點、端口等拓撲資源虛擬化，在傳輸硬件設(shè)施中切分出多個邏輯的虛擬傳輸子網(wǎng)，在物理網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)建虛擬子網(wǎng)層。虛擬網(wǎng)絡(luò)具有獨立的管理面、控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面，各虛擬網(wǎng)絡(luò)之上可獨立支持各種業(yè)務(wù)，以此實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)之間的隔離。

傳輸網(wǎng)具有以下特點：

• 數(shù)據(jù)平面硬管道隔離：每個切面端到端硬管道隔離，不同的調(diào)度策略保證了不同切面的SLA。

• 控制平面隔離（協(xié)議/拓撲信息/資源）：每個切面都需要一個控制器來管理拓撲、資源和協(xié)議棧。

核心網(wǎng)如何“切”

作為直接承接業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)層級，核心網(wǎng)需要具備可根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場景靈活調(diào)配和部署網(wǎng)絡(luò)功能的能力，而傳統(tǒng)基于專用硬件的核心網(wǎng)已經(jīng)無法滿足5G網(wǎng)絡(luò)切片在靈活性和SLA方面的需求，因此5G核心網(wǎng)要突破4G核心網(wǎng)中網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元只能集中式部署的限制。

5G核心網(wǎng)通過模塊化實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能間的解耦和整合，基于全新的服務(wù)化架構(gòu)（SBA架構(gòu)），將網(wǎng)絡(luò)功能解耦為服務(wù)化組件，組件之間使用輕量級開放接口通信。控制面、網(wǎng)元之間都會走服務(wù)化架構(gòu)接口，不再走傳統(tǒng)的標準化接口。每種服務(wù)均可獨立擴容演進并按需部署，這種結(jié)構(gòu)高內(nèi)聚、低耦合，使核心網(wǎng)靈活、開放、易拓展，從而可以滿足5G網(wǎng)絡(luò)切片按需定制和動態(tài)部署的要求。

核心網(wǎng)切片中把網(wǎng)元功能打散，讓不同的網(wǎng)元來承擔不同的功能，這樣網(wǎng)絡(luò)切片功能就可以靈活地定制，根據(jù)不同需求進行功能裁剪選擇，對于某些業(yè)務(wù)就可以刪減掉一些不需要的網(wǎng)元功能。

基于切片需求的功能裁剪，要判斷一些條件，比如終端是否能夠移動？是否獨立部署Qos策略？是否需要獨立開戶？是否有不同的計費策略？這樣可以把一些不必要的功能刪減掉，提高網(wǎng)絡(luò)效率。下圖展示了水表業(yè)務(wù)的切片功能裁剪選擇。

相比現(xiàn)有核心網(wǎng)架構(gòu)，5G核心網(wǎng)利用虛擬化方式實現(xiàn)了控制/用戶平面分離。運營商可根據(jù)業(yè)務(wù)的實際需求等，選擇匹配的服務(wù)模塊進行集中或分散部署。

終端如何“切”

我們知道無線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)都需要切片，那么終端到底要不要切片呢？

終端分為單用途終端和多用途終端，其需要匹配切片的資源調(diào)度，資源預(yù)留、隔離。單用途終端是感知不到切片的存在的，只需要由網(wǎng)絡(luò)控制切片選擇，而多用途終端則需要支撐應(yīng)用數(shù)據(jù)到切片的映射。

實際生活中一個終端往往需要支持多樣化的業(yè)務(wù)服務(wù)，一個終端有時需要接入多個不同的切片之中。當終端向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起初次連接請求時，網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過識別請求信息后會建立業(yè)務(wù)交付連接。

網(wǎng)絡(luò)切片粒度選擇

網(wǎng)絡(luò)切片滿足了不同業(yè)務(wù)差異化服務(wù)的需求，為多種應(yīng)用場景的實現(xiàn)提供了很大的幫助，那么網(wǎng)絡(luò)切片到底要切割到什么程度？切片越精細越好嗎？

首先切片顆粒過粗的話，切片網(wǎng)絡(luò)的靈活性就會較差，差異化服務(wù)的需求將難以滿足，切片顆粒過細（切片切割的隔離度越高），越容易實現(xiàn)差異化及獨立運營，但是會造成不同切片之間的動態(tài)管理和資源共享難度增加，對平臺、編排、管理等都是比較大的挑戰(zhàn)。因此一定要基于業(yè)務(wù)場景的實際需求來選擇切片的粒度，要合理地切分網(wǎng)絡(luò)資源，盡量把同種類型的業(yè)務(wù)合并在一個切片里面。

目前網(wǎng)絡(luò)切片粒度按網(wǎng)絡(luò)的隔離程度分為L0 - L5一共六級，在業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)QoS（服務(wù)質(zhì)量）要求相對不高時，共用網(wǎng)絡(luò)資源（L5粒度）會為運營商帶來更高的成本效益。當需要高QoS業(yè)務(wù)保障需求后，需要逐步向L0粒度的切片策略演進，以獲得更高的性能保障。

切片編排管理

端到端的網(wǎng)絡(luò)切片涉及到了無線接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)等，在給網(wǎng)絡(luò)帶來靈活性的同時，也增加了管理的復(fù)雜性，各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由不同的設(shè)備廠商提供，切片的編排、部署和互通等方面都存在著一定的難度。因此需要智能化的管理，實現(xiàn)切片的端到端編排管理，端到端的網(wǎng)絡(luò)切片的管理和編排涉及到切片的生命周期管理，比如切片的設(shè)計、實例化、縮擴容、終止等。

問題與挑戰(zhàn)

1、網(wǎng)絡(luò)切片轉(zhuǎn)換：漫游場景下本地網(wǎng)絡(luò)切片不能支持用戶接入網(wǎng)絡(luò)，就會造成用戶網(wǎng)絡(luò)中斷，一個可能的解決方案是將用戶轉(zhuǎn)換到默認切片下，但是在切片轉(zhuǎn)換過程中如何保持IP會話的連通性、偵測轉(zhuǎn)換時機的任務(wù)應(yīng)該交給用戶終端還是交給網(wǎng)絡(luò)，都是需要考慮的問題。

2、用戶狀態(tài)維持：用戶的狀態(tài)信息可能會在多個切片中傳遞，如何管理用戶狀態(tài)是一個關(guān)鍵問題。

3、異廠家組網(wǎng)兼容性：5G網(wǎng)絡(luò)切片在實際部署中還可能會面臨異廠家切片互操作的一些問題，不同廠家設(shè)備間的差異化依會導(dǎo)致設(shè)備組網(wǎng)時網(wǎng)絡(luò)資源或切片功能間的共享存在風險。

4、多業(yè)務(wù)并發(fā)風險：盡管切片架構(gòu)能為業(yè)務(wù)帶來便利，但當區(qū)域內(nèi)需要同時構(gòu)建不同網(wǎng)絡(luò)切片時，業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)差異化的需求將對網(wǎng)元部署提出挑戰(zhàn)。

參考文獻：
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