浅谈5G网络切片技术及其在垂直行业上的应用

浅谈 5G网络切片技术及其在垂直行业上的应用

黄雷

中国移动通信集团广西有限公司南宁分公司 广西南宁 530022

摘要：5G具有超高带宽、低延迟、大容量的特点，其端到端的网络切片能力，可以将所需的网络资源面向不同的需求灵活动态地分配，针对垂直化行业为用户提供定制化的网络。本文从网络切片的组网架构、在垂直行业中的细分应用以及可能存在的问题等方面简要介绍网络切片在垂直行业上的应用情况。
关键词：网络切片；垂直行业；应用场景
        一、引言
        网络切片是由一组网络功能构成的完整的实例化逻辑网络，旨在“按需组网”，为用户提供一系列满足其个性化需求的网络服务。在相同物理基础设施上，利用软件定义网络和网络功能虚拟化等技术，针对不同的应用场景按需创建设定的网络切片，可达到网络资源利用的最优化。
        二、网络切片的组网架构
        网络切片技术在移动网络架构中分别体现在以下各个网络层面：（1）、无线接入网RAN：其接入方式包括固定接入FTTx和移动接入WLAN、WiMax、2/3/4G等，针对不同的切片需求，无线接入网为每个切片分配专用无线资源，形成切片之间资源的隔离，同时实现无线接入网中集中单元CU和分布单元DU功能的灵活切分和部署；（2）、边缘云Edge Cloud：以网络边缘计算、存储和通信能力建立业务所在的无线接入网中接入网络切片，保证业务本地处理的质量，减少核心网以及传输网的成本费用，有效控制时延问题；（3）、传输网：基于层次化的SDN控制器实现物理网络和切片网络的端到端统一管理和控制，同时通过OTN技术、FlexE和ODUk等实现网络硬切换以及通过IP/MPLS伪线技术、VLAN、VPN等虚拟化技术结合QoS、隧道技术等实现网络软切片；（4）、核心网：其实现方式包括通过功能模块化定义服务化架构、核心网控制面与用户面分离以及基于切片需求的功能定制化。
        三、网络切片在垂直行业中的细分应用
        垂直行业是指专注于某一领域或者地域的行业，能够针对其行业内用户个性化需求提供深入、专业、权威的服务，以下垂直行业细分应用场景目前所面对的挑战包括：
        a、制造业：面对无可持续竞争优势下的超竞争环境、日益增长的商业周期和产品周期、基于自动化和物联网下的智能工厂；
        b、媒体及娱乐业：消费者从单纯的消费到消费且共同创作娱乐内容的角色转变、日益增长的交互和拟真化娱乐形式、通过新平台和新市场拓展的数字化内容；
        c、公共安全领域：基于CCTV和可穿戴相机下日益增长的公共监督、全球化的网络攻击和数字化经济、公民-互联网下的公共安全；
        d、公共交通领域：移动环境下的信息娱乐、都市化和综合运输、城市生命周期和对公共交通日益增长的期望；
        e、医疗健康领域：消费者对美好生活日益增长的关注、基于社会人口统计改变下日益增长的匹配性成本、对就医质量、病患安全和数据存储的巨大需求、消费者对就医服务提供者更自由更多样化的选择；
        f、汽车业：自动驾驶、共享汽车、数字化车辆系统、数字化企业及供应链；
        g、能源使用领域：石油消耗的不均衡和不稳定、新的去中心化商业模式。
        结合不同垂直行业的相应挑战，基于三类典型应用场景：1）、增强型移动宽带场景（eMBB），其特点在于：大宽带，面对高速移动高清呈现；2）、低时延高可靠场景（uRRLC），其特点在于低时延高可靠，面对精确行业应用；3）、低功耗大连接场景（mMTC），其特点在于海量连接，面对物联网、机器通信，网络切片在典型应用场景下可开展如下业务：
        虚拟现实/增强现实融合AR/VR-增强型移动宽带场景（eMBB）：涉及媒体及娱乐业、制造业、医疗健康领域；
        超高清视频4K/8K-增强型移动宽带场景（eMBB）：涉及媒体及娱乐业、公共安全领域、公共交通领域、医疗健康领域；
        远程医疗-低时延高可靠场景（uRRLC）：涉及医疗健康领域；
        智能电网-低时延高可靠场景（uRRLC）：涉及能源使用领域；
        无人机/监控-低功耗大连接场景（mMTC）：涉及公共安全领域、公共交通领域、能源使用领域；
        车联网-低时延高可靠场景（uRRLC）+低功耗大连接场景（mMTC）：涉及公共交通领域、汽车业。
        四、网络切片技术在应用中存在的问题
        1、网络切片划分的粒度：如何平衡好划分粒度的优势和不足，例如较细的划分粒度方式带来更好的灵活性和更难的部署及管理，而较粗的划分方式虽然便于运营但是不能更好地体现按需分配。
        2、网络切片的安全隔离：如何针对不同网络切片实例之间设置独立且多级化的隔离机制，例如有效地实现针对特定对象开放网络切片的不同级别的访问权限、在部分网络切片出现故障时不对其他网络切片造成影响。

        3、网络切片的互操作性：在进行网络切片使用过程中由于网络切片属于非专用资源，存在各个厂家网络切片之间的互操作，例如定义、部署、运维、运营等生命周期中的各个方面会不如单个厂家专用资源之间的操作流畅，如何在各个厂家之间相互协作以提升用户体验。
        五、结束语
        5G网络切片灵活、开放的能力能够为垂直行业中的用户提供多样化的服务供给，给行业自身带来规模化收益，为运营商、设备商提升网络价值和设备需求。基于多方共赢的预期效果，网络切片的发展需要通信业、垂直行业、标准组织和政府监管机构等的共同推动，以尽早实现网络切片的标准化和产业化的。
        参考文献：
        [1]NGMN Alliance document. 5G White Paper.2015
        [2]华为、爱立信、诺基亚联合德国大众集团，《针对垂直行业的5G网络切片白皮书》
        [3]Lanfranco Zanzi et al, “OVNES Demonstrating 5G network slicing overbooking on real deployments”，2018 IEEE Conference on Computer Communications Poster and Demo
        [4]朱雪田,“5G网络关键技术和业务”，《电信工程技术与标准化》，2017年第5期
        [5]赛迪智库无线电管理研究所，“5G十大细分应用场景研究报告”，《通信产业报》，2019年04月22日 第009版