5G網(wǎng)絡(luò)端到端切片技術(shù)應(yīng)用研究

劉 亨

（中國移動通信集團廣東有限公司 廣州分公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

在國家、運營商和相關(guān)行業(yè)的大力扶持下，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)飛速發(fā)展。以網(wǎng)絡(luò)直播、智能駕駛和VR/AR等為代表的新型業(yè)務(wù)依托5G網(wǎng)絡(luò)蓬勃發(fā)展，并根據(jù)人們的需要不斷變化。隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)程度不斷擴大和深入，新場景和新業(yè)務(wù)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(wù)質(zhì)量對于5G網(wǎng)絡(luò)提出新的要求，如何建設(shè)更加適合行業(yè)發(fā)展的5G網(wǎng)絡(luò)是今后重要的研究內(nèi)容[1]。

網(wǎng)絡(luò)切片是基于應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)需求而設(shè)計的一種邏輯網(wǎng)絡(luò)方案，其目的是為了用現(xiàn)有的資源來滿足最多的業(yè)務(wù)需要。網(wǎng)絡(luò)切片是5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它可以根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求組建臨時邏輯網(wǎng)絡(luò)，以滿足不同場景業(yè)務(wù)的需要。通過靈活匹配不同業(yè)務(wù)和場景，在充分共享物理網(wǎng)絡(luò)資源的同時最大限度滿足用戶需求。具備以上特性，網(wǎng)絡(luò)切片可以保障業(yè)務(wù)的端到端服務(wù)等級協(xié)議。因此，網(wǎng)絡(luò)切片在運營商方面占有舉足輕重的地位。如何設(shè)計和規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)切片是一個值得廣泛關(guān)注的研究熱點[2]。

1 網(wǎng)絡(luò)切片

5G網(wǎng)絡(luò)切片需要基于SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，其目的功能也會有所差異?？紤]到運營商的運維成本和用戶服務(wù)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)切片在具體要求方面有不同標準[3]。5G網(wǎng)絡(luò)切片包含組網(wǎng)、存儲運算和連接關(guān)系等技術(shù)域，其端到端架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 5G端到端切片的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

運營商通過網(wǎng)絡(luò)切片可實現(xiàn)在多種差異業(yè)務(wù)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(wù)需要分割不同業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，保障不同用戶群體的需求。因此，運營商可以通過網(wǎng)絡(luò)切片實現(xiàn)高質(zhì)量的運營，并使得多種業(yè)務(wù)獨立運行。

2 關(guān)鍵技術(shù)

一個端到端網(wǎng)絡(luò)切片需要多個領(lǐng)域協(xié)作，通過不同的網(wǎng)絡(luò)子切片靈活組網(wǎng)，實現(xiàn)在同一網(wǎng)絡(luò)下為不同業(yè)務(wù)提供高質(zhì)量服務(wù)的目的?？紤]到實際情況[5]，運營商需根據(jù)具體應(yīng)用場景制定不同的關(guān)鍵指標（網(wǎng)絡(luò)性能、安全可靠性和網(wǎng)絡(luò)運維為重要參考指標）。關(guān)鍵參考指標及其內(nèi)容見表1所列。

表1 關(guān)鍵參考指標及其內(nèi)容

3 實現(xiàn)設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)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(luò)切片內(nèi)部間的業(yè)務(wù)功能，完成5G端到端切片[6-7]。網(wǎng)絡(luò)切片的橫向和縱向功能管理如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)切片的橫向和縱向功能管理

3.1 無線子切片

物理層是5G網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)底層，因此無線子切片對于網(wǎng)絡(luò)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(luò)性能，以滿足差異化業(yè)務(wù)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(wù)，DU負責處理實時業(yè)務(wù)?？筛鶕?jù)不同的業(yè)務(wù)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(guān)業(yè)務(wù)，CU承載其他業(yè)務(wù)，簡化協(xié)議棧功能，極大提高了網(wǎng)絡(luò)處理能力。但CU和DU的功能不是固定的，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(wù)實現(xiàn)實時調(diào)度管理，有效提高網(wǎng)絡(luò)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(luò)切片進行靈活分配，構(gòu)造虛擬網(wǎng)絡(luò)可有效提高物理層和鏈路層間的業(yè)務(wù)交換能力。傳輸網(wǎng)采用網(wǎng)絡(luò)切片方式分割成多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)物理層端口、節(jié)點和鏈路等拓撲資源虛擬化，提高網(wǎng)絡(luò)接入性能。同時分割出的虛擬網(wǎng)絡(luò)不僅具備獨立于其他虛擬網(wǎng)絡(luò)的承載功能，還能夠支持高層的各種業(yè)務(wù)。承載子切片可以靈活組合和分割，進一步提高了5G網(wǎng)絡(luò)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(wù)按業(yè)務(wù)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(wù)需求。也可以根據(jù)需要添加或減少相應(yīng)切片以滿足特殊業(yè)務(wù)場景需要。根據(jù)時延或帶寬等的不同，切片的微服務(wù)可以靈活部署在網(wǎng)絡(luò)的不同位置，以滿足不同業(yè)務(wù)場景需要。這使得運營商可以根據(jù)實際核心網(wǎng)絡(luò)情況動態(tài)調(diào)整切片方案，進一步降低網(wǎng)絡(luò)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(wù)可以在不同的切片之上暢行。

4 結(jié) 語

5G網(wǎng)絡(luò)端到端切片針對未來多樣化的應(yīng)用場景具有深遠的意義和影響。以5G端到端切片技術(shù)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(shù)的側(cè)重方面和技術(shù)要求。考慮到未來業(yè)務(wù)場景會有革命性變革，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)也會隨之改變，因此如何讓網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)更好地服務(wù)于5G網(wǎng)絡(luò)，仍舊是一個極具活力的開放性問題[8-10]。