未來5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用的探究

翁印

【摘要】隨著現(xiàn)代化技術(shù)在我國城市建設(shè)中的普及，我國已經(jīng)逐步從2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)時代開始朝5G網(wǎng)絡(luò)時代的領(lǐng)域邁進(jìn)，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為后續(xù)中國朝更優(yōu)質(zhì)的方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。其中，切片技術(shù)作為當(dāng)下5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要因素，如何更正確地在5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)就顯得尤其重要。本文就未來5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用展開探討。

【關(guān)鍵詞】5G;網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.16.018

現(xiàn)階段移動網(wǎng)絡(luò)通信部門和單位正在密切地關(guān)注5G技術(shù)的發(fā)展，并且投入了大量的人力和物力對其進(jìn)行研究，想要使5G技術(shù)達(dá)到最佳使用效果，以此滿足人們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N需求。

1. 5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)概述

網(wǎng)絡(luò)切片，是一種基于統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，為不同需求類型用戶提供定制的差異化網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)功能。不同的切片不互相影響，彼此隔離，根據(jù)用戶的需求對網(wǎng)絡(luò)的功能進(jìn)行定制，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)需要提供非常高的靈活性。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，在設(shè)計階段，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的設(shè)計，主要是從商業(yè)應(yīng)用的設(shè)計以及切片的設(shè)計兩個方面入手，針對不同的需求和特點開展設(shè)計，主要目的是在解決不同行業(yè)、不同領(lǐng)域?qū)τ诰W(wǎng)絡(luò)能力的差異性要求，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活化管理配置。同時，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)也是運(yùn)營商業(yè)務(wù)改革的重要體現(xiàn)標(biāo)志之一，基于SDN/NFV技術(shù)，通過軟件的方式，給與用戶更為簡單直接的按需定制服務(wù)方式，從而展開全新的業(yè)務(wù)形式。從網(wǎng)絡(luò)切片的優(yōu)勢以及特點考慮，5G網(wǎng)絡(luò)必須從動態(tài)的角度來解決切片問題，即實時調(diào)配、管理和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)切片，以滿足不同應(yīng)用場景的需要，如：增強(qiáng)型移動寬帶eMBB、超可靠低延時業(yè)務(wù)uRLLC、海量機(jī)械類通信mMTC等。為了達(dá)到端到端的網(wǎng)絡(luò)切片的目的，不僅包括核心網(wǎng)的支撐，同時還包括了傳輸網(wǎng)、無線網(wǎng)、接入網(wǎng)和終端共同參與。在3GPPR15版本標(biāo)準(zhǔn)中，明確了網(wǎng)絡(luò)切片得到NG運(yùn)行側(cè)支持的主要原則和要求，包括了切片的感知、運(yùn)行側(cè)支持資源隔離和切片資源管理、運(yùn)行側(cè)網(wǎng)絡(luò)切片選擇、切片對QoS的支持、UE對多切片的支持和UE的切片訪問驗證、切片的顆粒度、運(yùn)行對實體的選擇。

2. 切片管理功能

5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)中還含有一個非常重要的功能就是NSMF功能即切片管理功能，該功能在使用的過程中，其主要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)以及依據(jù)就是CSMF，根據(jù)其內(nèi)容對5G網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行設(shè)計、對SLA進(jìn)行按域分解、實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片模板管理等。在網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計過程中，核心功能之一就是NSMF功能，NS?MF功能可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)切片中CSMF所提供的用戶，結(jié)合SLA的反饋以及NSSMF即子切片管理功能提供的模板進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片的實例設(shè)計，確保設(shè)計的效果能完全滿足實際使用中的要求，其中設(shè)計的流程和內(nèi)涵包括了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計、網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計以及網(wǎng)絡(luò)容量的設(shè)計等，這些都是實際使用中的重點內(nèi)容。在網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計過程中，其具體的使用效果和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備密切相關(guān)，不同的廠商在開展工作的過程中，由于自身的能力不同其使用的效果也不同，有的甚至無法實現(xiàn)完全的自動化分解，因此還需要設(shè)計一系列的自動化功能，輔助工作人員進(jìn)一步操作。特別是SLA按域分解，在使用中要求按照用戶的需求實現(xiàn)端對端的分解，并且將其直接發(fā)送到無線NSSMF、核心網(wǎng)NSSMF，進(jìn)而按照指標(biāo)進(jìn)行工作，完成NSMF功能。

3. 5G網(wǎng)絡(luò)中切片技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用問題的探究

3.1 設(shè)計階段5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用

設(shè)計階段是5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用的初始階段，也是凸顯這一技術(shù)運(yùn)用價值的關(guān)鍵階段，只有在這一階段就明確網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)運(yùn)用的意義，才能為后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)中這一技術(shù)的運(yùn)用指明方向。比如，在實際網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，設(shè)計者可以分別從切片角度、商業(yè)角度兩個層面出發(fā)，根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)對這一技術(shù)的不同要求（如功能需求、延時需求等）予以確定，從而制定出最能貼合使用者需求的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用方案，從而為使用者帶來更好的5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營體驗。與此同時，在這一階段設(shè)計者們還可以在明確設(shè)計需求的前提下生成切面模版，從而為后續(xù)百5G網(wǎng)絡(luò)的編排、運(yùn)營提供更好的參考，也為后續(xù)各個部分交互協(xié)議的簽訂提供數(shù)據(jù)保障。

3.2 網(wǎng)絡(luò)切片的跨域動態(tài)編排和配置

為了支撐5G+垂直行業(yè)的應(yīng)用推廣，5G行業(yè)終端、無線網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)、NSMF和運(yùn)營支撐系統(tǒng)（OSS）需協(xié)同實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的資源編排和端到端配置，才能為行業(yè)客戶按需提供定制化的5G虛擬專網(wǎng)服務(wù)，并提供差異化和確定性的SLA保障。由于網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能力緊密相關(guān)，不同廠商的設(shè)備能力不同，目前網(wǎng)絡(luò)切片的模板設(shè)計和資源編排還不能實現(xiàn)動態(tài)和自動化，仍需人工進(jìn)行預(yù)規(guī)劃和靜態(tài)配置。此外，運(yùn)營商的NSMF和OSS與各子域NSSMF之間要支持標(biāo)準(zhǔn)化的管控接口和信息模型，才能實現(xiàn)跨子域和異廠家管控系統(tǒng)之間的配置互通和數(shù)據(jù)采集。因此需要加快推動NSMF與AN-NSSMF、TN-NSSMF、CN-NSSMF的功能要求和管控接口標(biāo)準(zhǔn)研制，并且滿足行業(yè)虛擬專網(wǎng)在業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)兩個層面的管控運(yùn)維功能要求，才能高效支撐5G+垂直行業(yè)的規(guī)模應(yīng)用。表現(xiàn)在如表1所示。

3.3 運(yùn)營階段5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用

在上述兩個階段的基礎(chǔ)上，運(yùn)營階段5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用也是不可忽視的，在運(yùn)營階段恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對運(yùn)營動態(tài)接口的有效監(jiān)督，實現(xiàn)對運(yùn)營相關(guān)數(shù)據(jù)的把控同時為后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行提供更有效地幫助。比如，在這一階段，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)對運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)資源、性能等多方面內(nèi)容的把控、監(jiān)督，這一舉措的落實能在很大程度上及時發(fā)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中可能會出現(xiàn)的問題、隱患，為后續(xù)智能、自動的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)參考，也為后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、發(fā)展提供更多參數(shù)。

3.4 網(wǎng)絡(luò)切片SLA指標(biāo)的分解與保障

網(wǎng)絡(luò)切片SLA是運(yùn)營商與網(wǎng)絡(luò)切片客戶協(xié)商簽署的服務(wù)等級協(xié)議，需要將端到端指標(biāo)要求轉(zhuǎn)換為各子網(wǎng)切片設(shè)計和資源配置相關(guān)的參數(shù)，其中端到端時延和可靠性等性能指標(biāo)需要無線網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)協(xié)同保障并提供端到端監(jiān)測分析報告，才能滿足網(wǎng)絡(luò)切片客戶的SLA要求。由于不同網(wǎng)絡(luò)切片的應(yīng)用場景存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍（園區(qū)網(wǎng)、城域網(wǎng)還是跨區(qū)域骨干網(wǎng)）、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)流量流向等多方面的差異性，因此端到端的時延等SLA性能指標(biāo)如何科學(xué)有效地分解到無線網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)成為實操難題。由于目前業(yè)界尚未實現(xiàn)端到端指標(biāo)的自動化分解，在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建模仿真之前，仍需根據(jù)經(jīng)驗值在各域進(jìn)行預(yù)配置。SLA保障的另一個難點是端到端網(wǎng)絡(luò)切片的性能監(jiān)控能力，目前各子域的性能指標(biāo)只能在跨域切片管理器上簡單呈現(xiàn)，缺乏跨無線網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)的端到端性能的實時監(jiān)測分析機(jī)制。因此，端到端網(wǎng)絡(luò)切片性能指標(biāo)的自動化分解和性能監(jiān)控能力是未來的重點研究方向。

4. 5G組網(wǎng)對應(yīng)的業(yè)務(wù)分析

目前，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)存在的主要問題表現(xiàn)在虛擬網(wǎng)絡(luò)映射、動態(tài)服務(wù)功能鏈階段和NFV-RA第二階段這三個方面。5G網(wǎng)絡(luò)片面臨著四個挑戰(zhàn)：帶寬大、延遲低、連接靈活、時間同步精度高。因此，就需要在組網(wǎng)時充分的了解網(wǎng)絡(luò)特征及相關(guān)業(yè)務(wù)，從而匹配相應(yīng)的技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)是業(yè)務(wù)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)特征及相關(guān)業(yè)務(wù)的主要分類入圖1所示：

根據(jù)上述業(yè)務(wù)特性，根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的階段區(qū)分，參考某運(yùn)營商分析數(shù)據(jù)，預(yù)計在2019～2020年的5G發(fā)展初期主要開展VR直播、VR點播、超高清視頻、個人桌面云等業(yè)務(wù);2021～2023年的中期，開展VR游戲、VR社交、無人機(jī)巡檢、遠(yuǎn)程駕駛智能電網(wǎng)等業(yè)務(wù);2024年以后，開展自動駕駛、無線醫(yī)療-遠(yuǎn)程手術(shù)、智能制造-云化機(jī)器人等業(yè)務(wù)。5G語音業(yè)務(wù)據(jù)目前國際規(guī)范的初步規(guī)范，NAS組網(wǎng)方案（option3x）下語音業(yè)務(wù)考慮采用VoLTE或VoNR，CSFB做為備用方案，SA（option2）組網(wǎng)下，過渡方案采取始終由LTE提供語音業(yè)務(wù)，5G僅提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第一種為EPSFallback，即5G覆蓋范圍內(nèi)，語音業(yè)務(wù)觸發(fā)PSHO，語音和數(shù)據(jù)都回落LTE，第二種為雙注冊方案，5G和4G重疊覆蓋，終端雙天線，語音只走LTE。目標(biāo)方案則為5G同時提供語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，5G覆蓋范圍內(nèi)，通過5G+IMS提供業(yè)務(wù);通話過程離開5G覆蓋，由PSHO保證5G和LTE的連續(xù)性。

5. 結(jié)語

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的革新、應(yīng)用是當(dāng)下這一領(lǐng)域發(fā)展的必然，所以，在后續(xù)推動5G領(lǐng)域發(fā)展時，研究者們應(yīng)更進(jìn)一步推動5G和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)之間的有效融合，最大程度彰顯網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用的價值，進(jìn)而實現(xiàn)以科技改變生活的核心目標(biāo)。

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