工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代5G切片技術(shù)的應(yīng)用研究

童群　徐華軍

現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，為社會經(jīng)濟振興提供了源源不斷的動力，尤其是加速了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代的到來。而5G切片技術(shù)的出現(xiàn)，將再次掀起工業(yè)變革的浪潮，特別是5G在時間上與中國制造2025高度重合，并且使現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域逐步具備了網(wǎng)絡(luò)化、智能化特征。因此，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代加強5G切片技術(shù)的落地，將大幅提升工業(yè)智能化管理與生產(chǎn)質(zhì)量，依托低時延、大帶寬等技術(shù)優(yōu)勢，突破網(wǎng)絡(luò)化管理上的局限，并拓展云計算、大數(shù)據(jù)及人工智能的融合邊界，達到技術(shù)的融合與創(chuàng)新的總體目標(biāo)。

5G技術(shù)是通信技術(shù)的新一輪迭代，其擁有比4G通信更高的傳輸效率和更大的帶寬優(yōu)勢，可以滿足諸多工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用場景，為用戶提供便捷快、系統(tǒng)化、快速化的管理支持。在萬物互聯(lián)、萬物智能的時代理念下，工業(yè)領(lǐng)域?qū)?G技術(shù)的應(yīng)用極為迫切，而5G切片技術(shù)的提出，為兩者之間的融合帶來契機。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代通過5G切片技術(shù)的加持，可以大幅提升工業(yè)管理效益和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)更加智能、便捷和高效的管理，依賴靈活組網(wǎng)優(yōu)勢保障工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展。

從技術(shù)層面而言，3GPP定義的網(wǎng)絡(luò)切片為提供特定網(wǎng)絡(luò)能力和網(wǎng)絡(luò)特性的邏輯網(wǎng)絡(luò)。其核心是通過接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的結(jié)合，構(gòu)建虛擬化的“專網(wǎng)”，利用各個網(wǎng)端之間的融合，打造出“無線網(wǎng)+傳輸網(wǎng)+核心網(wǎng)”的切片通路，實現(xiàn)對各個工業(yè)領(lǐng)域的自動化編排與配置。5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)總體架構(gòu)如圖1所示：

如上圖所示，（1）運營層。主要完成線上業(yè)務(wù)/網(wǎng)絡(luò)切片訂購，以及提供相關(guān)的切片服務(wù)功能。（2）管理層。主要以網(wǎng)絡(luò)切片端與端管間的管理與編排，并且各端間切片性能監(jiān)控告警及網(wǎng)管能力開放。（3）網(wǎng)絡(luò)層。主要實現(xiàn)對物理/虛擬資源的集合，并在物理及邏輯上完成網(wǎng)絡(luò)切片資源的隔離。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代中應(yīng)用5G切片技術(shù)，應(yīng)當(dāng)注重切片服務(wù)等級保障SLA（ServiclLevel Agreemen），其屬于實踐應(yīng)用中的關(guān)鍵參數(shù)，同時也是切片服務(wù)商向切片用戶提供服務(wù)的基礎(chǔ)，包括接入用戶數(shù)、速率、時延、安全性等指標(biāo)。切片用戶將依據(jù)SLA參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)切片實施具體設(shè)計，用以適應(yīng)自身行業(yè)及企業(yè)的特征和需求，具體設(shè)計參數(shù)如表1所示.

（一）eMBB場景切片部署方案

在工業(yè)企業(yè)中的5G切片技術(shù)部署中，可以依托eMBB的應(yīng)用場景，為其提供更大的帶寬服務(wù)，使高清視頻的實時監(jiān)測，并為應(yīng)急現(xiàn)場提供監(jiān)控支持，這也要求設(shè)定10M級別的帶寬。在組網(wǎng)中，需要分別面向人和物的切片，在面向人的2B切片時，需要AMF/UDM/PCF等與2C切片共享;在面向物的2B切片時，需要AMF/UDM/PCF等與2C切片分享。當(dāng)工業(yè)企業(yè)對安全性要求較高時，可以以2B eMBB切片獨立部署來實現(xiàn)。

（二）mMTC場景切片部署方案

在mMTC場景的部署中，主要針對海量連接及室內(nèi)定位，如家庭監(jiān)控、智能門禁、室內(nèi)定位及穿戴設(shè)備等。其覆蓋范圍可以省為單位部署，大區(qū)部署由AMF/SMF/UPF實現(xiàn)。在實踐過程中，海量連接主要用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)及策略數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

（三）uRLLC場景切片部署方案

當(dāng)工業(yè)企業(yè)具有超低延時需求時，可以應(yīng)用uRLLC場景切片部署方案，其時延通常在1-10ms左右，如在機構(gòu)遠(yuǎn)程控制、智能制造及設(shè)備保護系統(tǒng)等場景。在5G切片技術(shù)組網(wǎng)中，應(yīng)當(dāng)將UPF下沉至靠近終端側(cè)，以連線DC端部署為主，如市縣或工業(yè)園區(qū)等。若對安全性有較高要求時，可以選擇獨立部署AMF/PCF/UDM等網(wǎng)元。同時，uRLLC切片技術(shù)也可以協(xié)同其他場景切片技術(shù)協(xié)同應(yīng)用，以適應(yīng)企業(yè)低延時和高帶寬的應(yīng)用需求。

綜上所述，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代的變革，5G切片技術(shù)的應(yīng)用也將日益廣泛。為提升5G切片技術(shù)與工業(yè)企業(yè)間的適應(yīng)性，必須要注重不同組網(wǎng)方式的應(yīng)用，針對不同的應(yīng)用場景進行選擇和設(shè)置，全面發(fā)揮5G切片技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，拓展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與5G切片技術(shù)的融合性，切實解決工業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展中的問題，營造運營商與企業(yè)合作共贏局面。