基于網(wǎng)絡(luò)切片構(gòu)建可定制化5G網(wǎng)絡(luò)的研究分析

董曉娟

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

隨著5G移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各個(gè)行業(yè)的數(shù)據(jù)通信管理也迎來(lái)了新的契機(jī)，為滿足移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用要求，要整合5G業(yè)務(wù)內(nèi)容，發(fā)揮其靈活性、可定制化的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的多元轉(zhuǎn)型。

1 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)概述

作為5G移動(dòng)通信技術(shù)體系中非常關(guān)鍵的技術(shù)內(nèi)容之一，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)受到了更多的關(guān)注，其本身是多項(xiàng)技術(shù)體系的融合，在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中能打造專用性邏輯網(wǎng)絡(luò)模式，配合服務(wù)要求就能支持網(wǎng)絡(luò)切片差異化內(nèi)容的開展，為行業(yè)多元化需求的管理予以保障。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)還能借助功能機(jī)制、隔離機(jī)制以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維服務(wù)機(jī)制等實(shí)現(xiàn)靈活化的網(wǎng)絡(luò)定制服務(wù)，打造端對(duì)端邏輯網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)[1]。

在公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例主要是由單切片模塊選擇輔助信息唯一標(biāo)識(shí)完成具體工作，對(duì)應(yīng)的輔助信息主要由切片/業(yè)務(wù)類型和切片區(qū)分標(biāo)識(shí)組成，前者針對(duì)的是特性網(wǎng)絡(luò)切片行為和業(yè)務(wù)期望層面的網(wǎng)絡(luò)切片行為，后者則需完成多個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片信息的區(qū)分。目前，基于5G移動(dòng)通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)要滿足第三代合作伙伴計(jì)劃（Third Generation Partnership Project，3GPP）定義的標(biāo)準(zhǔn)化切片和業(yè)務(wù)類型標(biāo)準(zhǔn)。

總之，在網(wǎng)絡(luò)切片具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，無(wú)須每個(gè)切片都包含全部的網(wǎng)絡(luò)功能，只需要針對(duì)特定的任務(wù)量或業(yè)務(wù)內(nèi)容完成垂直網(wǎng)絡(luò)切片處理即可。建立定制化的應(yīng)用模式，維持業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)功能的合理性，也能減少資源損耗，在滿足實(shí)際應(yīng)用需求的同時(shí)維持控制效果。

2 定制化網(wǎng)絡(luò)切片場(chǎng)景

2.1 邏輯組網(wǎng)設(shè)計(jì)

在5G技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，要結(jié)合不同業(yè)務(wù)需求開展相應(yīng)工作，打造通用和專用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式?；诰W(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，此時(shí)會(huì)形成不同的切片單元[2]。也就是說(shuō)，5G網(wǎng)絡(luò)支持下的網(wǎng)元概念趨于模糊化，替代的就是虛擬機(jī)中不同的網(wǎng)絡(luò)功能單元，而實(shí)際的功能內(nèi)容就是從原有的網(wǎng)元功能中剝離并優(yōu)化。在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)后，結(jié)合物理基礎(chǔ)設(shè)施就能打造不同網(wǎng)絡(luò)切片模式，依據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求完成功能模塊的部署，并結(jié)合邏輯層面的專網(wǎng)應(yīng)用需求實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景內(nèi)切片/業(yè)務(wù)處理。

（1）物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)場(chǎng)景。場(chǎng)景體系中終端連接到網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量不斷增加，相較于連接數(shù)量的體量，終端傳輸數(shù)據(jù)具有一定的限制，且物聯(lián)網(wǎng)終端通信行為具備相應(yīng)規(guī)律。另外，出于統(tǒng)一管理的要求，物聯(lián)網(wǎng)終端一般會(huì)直接固定在指定的區(qū)域無(wú)法移動(dòng)?；诖?，在物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景體系內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)切片控制面部署要結(jié)合實(shí)際需求予以合理化調(diào)整。

（2）URLLC場(chǎng)景。超可靠低時(shí)延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）的主要應(yīng)用場(chǎng)景是車聯(lián)網(wǎng)體系，能實(shí)現(xiàn)終端快速移動(dòng)狀態(tài)下的信息傳遞和匯總，保證帶寬和時(shí)延都能滿足要求，且整體傳輸效果較好?；诖耍诘蜁r(shí)延且可靠性要求較高的場(chǎng)景內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)切片控制面和用戶面就要進(jìn)行分開部署，適當(dāng)調(diào)控控制面的部署位置，一般靠近終端側(cè)能避免終端訪問(wèn)服務(wù)器的時(shí)延[3]。

基于網(wǎng)絡(luò)切片部署的邏輯分析要求，借助多級(jí)數(shù)據(jù)中心處理模式，保證用戶層、控制層以及能力開放層等都能建立有效的控制模式。邏輯功能布局如圖1所示和其中用戶層主要是對(duì)用戶數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳送管理，建立針對(duì)性的數(shù)據(jù)處理模式；控制層能實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入網(wǎng)側(cè)控制功能的云化集中管理，用戶數(shù)據(jù)和策略信息都能實(shí)現(xiàn)集中的存儲(chǔ)管控，并配合不同的控制功能模塊實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)；能力開放層能為第三方提供信息開放的平臺(tái)，并提供應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API），以便第三方能在合規(guī)合法的網(wǎng)絡(luò)控制模式中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的調(diào)用和網(wǎng)絡(luò)功能的升級(jí)管理[4]。

圖1 邏輯功能布局

2.2 按需定制切片

基于網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的定制化5G網(wǎng)絡(luò)，要整合具體的技術(shù)要素和技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容，確保能結(jié)合網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）/軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）技術(shù)共同打造合理化運(yùn)營(yíng)模式，用戶能在運(yùn)營(yíng)商提供的基礎(chǔ)切片上完成需求的選取，更好地匹配實(shí)際應(yīng)用要點(diǎn)。最關(guān)鍵的是，按照部件選擇、拓?fù)涮幚硪约稗D(zhuǎn)發(fā)流圖定制分析等工作流程，結(jié)合實(shí)際需求完善具體工作，保證切片支持下的描述文件都能落實(shí)，配合管理編排系統(tǒng)以及運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線上切片操作管理，具體流程如下[5]。

2.2.1 業(yè)務(wù)需求輸入

運(yùn)營(yíng)商提供基礎(chǔ)應(yīng)用場(chǎng)景和切片結(jié)構(gòu)，在匯總相關(guān)數(shù)據(jù)信息后，將業(yè)務(wù)需求直接導(dǎo)入后續(xù)指導(dǎo)系統(tǒng)中，從而確保后續(xù)工作都能在依從指導(dǎo)要求的基礎(chǔ)上逐步落實(shí)，提高切片定制處理的科學(xué)性。

2.2.2 按需切片生成

主要工作就是繪制切片藍(lán)圖，形成統(tǒng)一且規(guī)范的切片應(yīng)用模式。在切片藍(lán)圖中，要完成個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計(jì)和切片實(shí)例化評(píng)估等工作內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)按需生成切片的目標(biāo)。

（1）基礎(chǔ)切片藍(lán)圖的設(shè)計(jì)。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，因此涉及的實(shí)例化文件內(nèi)容體量較大，為了保證能及時(shí)完成相應(yīng)設(shè)計(jì)處理工作，就要按照定義對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片基礎(chǔ)模板予以匯總控制，并且配置定制工作需求，在原有模板上完成修改作業(yè)[6]。

（2）建立需求匹配模式。最關(guān)鍵的目的就是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求向網(wǎng)絡(luò)能力需求的轉(zhuǎn)化，在選取適當(dāng)網(wǎng)絡(luò)切片模式的同時(shí)，保證用戶數(shù)量、帶寬參數(shù)、可靠性等都能符合標(biāo)準(zhǔn)，并依據(jù)實(shí)時(shí)性分析模式，將需求映射到具體網(wǎng)絡(luò)資源上，建構(gòu)完整的資源控制管理平臺(tái)[7]。

（3）選擇部件。結(jié)合用戶對(duì)具體部件的需求，完成部件的選擇或更改處理。在5G網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展的時(shí)代背景下，原有移動(dòng)性實(shí)體化管理模式、服務(wù)網(wǎng)關(guān)模式以及共用數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)模式都將實(shí)現(xiàn)升級(jí)，建立更加匹配實(shí)用性需求的控制模式，并結(jié)合固定拓?fù)浞绞揭约肮潭ń涌谶B接方式維持網(wǎng)元功能的合理化，真正意義上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能替代IT化服務(wù)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。在設(shè)立的匹配模式中，能結(jié)合實(shí)際需求調(diào)用網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)搭建新型網(wǎng)架模式，為用戶提供定制服務(wù)和實(shí)用性空間。

（4）拓?fù)潢P(guān)聯(lián)評(píng)估。在選取功能模塊完成拓?fù)潢P(guān)聯(lián)的同時(shí)，就能完成連接關(guān)系的分析和確定?；?G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求，能建構(gòu)較為合理的業(yè)務(wù)化架構(gòu)模型，配合輕量級(jí)協(xié)議維持模塊完成連接工作，且模塊間的功能能實(shí)現(xiàn)合理性調(diào)用，為彈性網(wǎng)絡(luò)能力的優(yōu)化予以支持。

（5）轉(zhuǎn)發(fā)流圖。在整個(gè)定制處理環(huán)節(jié)中，轉(zhuǎn)發(fā)流圖的定制非常關(guān)鍵，是按照對(duì)應(yīng)層級(jí)結(jié)構(gòu)建立的信息交互模式，能有效滿足靈活性且輕量化切片控制需求。

2.2.3 切片服務(wù)設(shè)計(jì)

主要是針對(duì)核心數(shù)據(jù)中心（Data Center，DC）、匯聚DC等內(nèi)容開展具體工作，突破了傳統(tǒng)SDN等應(yīng)用模式的局限性，為客戶提供更直接且更簡(jiǎn)便的按需定制處理體系，也為業(yè)務(wù)發(fā)展提供保障[8]。

2.3 全壽命周期管理

在網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)中，正是基于網(wǎng)絡(luò)切片自身邏輯隔離和獨(dú)立生命周期管理的特性，能為運(yùn)營(yíng)商提供較為合理的開放接口，此時(shí)運(yùn)營(yíng)商就能結(jié)合實(shí)際需求按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)切片進(jìn)行運(yùn)維升級(jí)，打造更加可控合理的應(yīng)用平臺(tái)。最關(guān)鍵的是，網(wǎng)絡(luò)切片本身就能支持模塊化設(shè)計(jì)，能在建立獨(dú)立彈性部署模式的同時(shí)完成彈性伸縮處理工作。網(wǎng)絡(luò)切片生命周期管理框架如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)切片生命周期管理框架

在切片生命周期管理工序中，切片的上線是基于切片模板實(shí)例化分析展開的，切片的具體功能內(nèi)容部署在特定的物理資源結(jié)構(gòu)中，保證部署虛擬化邏輯資源的合理性和規(guī)范性。若切片功能部署集中在虛擬化邏輯資源體系，則切片管理器就要借助基于參數(shù)化模型完成接口的匹配管理，確保軟件包下發(fā)的合理性，且實(shí)例化的資源模板和基礎(chǔ)配置下發(fā)相匹配。切片服務(wù)器會(huì)借助和切片之間的接口觸發(fā)對(duì)應(yīng)的測(cè)試分析，維持連通的合理性和可控性，也能最大程度上保證切片的實(shí)用價(jià)值[9]。

除此之外，在運(yùn)營(yíng)管理階段，切片運(yùn)營(yíng)還能在切片處理環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上制定獨(dú)立的切片運(yùn)營(yíng)策略和用戶發(fā)放、維護(hù)方案等，形成獨(dú)立的定制化控制模式，也能在網(wǎng)絡(luò)側(cè)為運(yùn)營(yíng)方提供較為規(guī)范的運(yùn)營(yíng)接口，保證切片運(yùn)營(yíng)二次開發(fā)工作的順利完成。

3 基于網(wǎng)絡(luò)切片構(gòu)建可定制化5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展建議

為進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)切片可定制化應(yīng)用水平，要從行業(yè)需求對(duì)接、統(tǒng)一架構(gòu)開放API等方面予以深度研究。垂直行業(yè)和通信產(chǎn)業(yè)本身存在一定的區(qū)別，這就使得垂直行業(yè)對(duì)通信產(chǎn)業(yè)提供的服務(wù)以及資源結(jié)構(gòu)并不是非常明朗，需求和實(shí)現(xiàn)方案之間對(duì)接困難，為此要深度落實(shí)網(wǎng)絡(luò)切片定制化管理方式，配合技術(shù)研究?jī)?nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)，積極拓展同類型垂直行業(yè)的邏輯匯總范圍，以保證需求對(duì)接更加直觀，為5G網(wǎng)絡(luò)定制化發(fā)展提供保障[10]。

4 結(jié) 論

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)將推動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向著更靈活、更多元的方向發(fā)展，要積極拓展網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)范圍，創(chuàng)新技術(shù)內(nèi)容，深度探索可定制化的應(yīng)用需求，配合通用物理平臺(tái)保證邏輯專網(wǎng)有機(jī)融合，共同促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)健康發(fā)展。