過去移動網(wǎng)絡(luò)( 2G、3G和4G )采用的“一刀切”網(wǎng)絡(luò)模式已不再適合如今多變的市場模型，每個用例都有自己獨(dú)特的性能要求，使得“一刀切”的服務(wù)交付方法已經(jīng)過時。未來的網(wǎng)絡(luò)需要通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)從“one size fits all”向“one size per service”過渡。

網(wǎng)絡(luò)切片是 5G 網(wǎng)絡(luò)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，承諾將“盡力而為”的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁└呖煽啃缘木W(wǎng)絡(luò)，利用單一的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來適應(yīng)不同且存在差異的服務(wù)質(zhì)量(QoS) 要求。

5G 網(wǎng)絡(luò)切片可在同一物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上劃分為多個邏輯獨(dú)立的虛擬網(wǎng)絡(luò)。每個網(wǎng)絡(luò)切片都是一個隔離的端到端網(wǎng)絡(luò)，包含自己獨(dú)特的延遲、吞吐量、安全性和帶寬特性，可以靈活應(yīng)對不同的需求和服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)切片體系架構(gòu)

抽象來看，網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)由兩個主要模塊組成，一個用于實(shí)際的切片實(shí)現(xiàn)，另一個用于切片管理和配置。

第一個模塊是由業(yè)務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)功能層、基礎(chǔ)設(shè)施層組成的多層架構(gòu)，每層執(zhí)行不同的任務(wù)，用于切片的定義和部署。第二個模塊被設(shè)計為一個集中式網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，通常表示為網(wǎng)絡(luò)切片控制器，監(jiān)視和管理三層之間的功能，以便有效協(xié)調(diào)多個切片的共存。

業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層直接與共享底層物理網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)實(shí)體(例如 MVNO 和第三方服務(wù)提供商)接口，并提供服務(wù)于需求的統(tǒng)一視圖。每個服務(wù)都被表示為服務(wù)實(shí)例，按照 SLA(服務(wù)等級協(xié)議)嵌入網(wǎng)絡(luò)特征，期望通過創(chuàng)建合適的切片完全滿足服務(wù)的需求。

網(wǎng)絡(luò)功能層

網(wǎng)絡(luò)功能層負(fù)責(zé)根據(jù)來自上層的服務(wù)實(shí)例請求創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)切片。它由一組包含明確定義的行為和接口的網(wǎng)絡(luò)功能組成。多個網(wǎng)絡(luò)功能被放置在虛擬網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)上，并連接在一起，以創(chuàng)建一個端到端的網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例，該實(shí)例反映了服務(wù)請求的網(wǎng)絡(luò)特性。

為了提高資源使用率，不同切片可以同時共享相同的網(wǎng)絡(luò)功能，但會增加運(yùn)營管理的復(fù)雜性。而網(wǎng)絡(luò)功能如果與切片一對一映射則簡化了配置過程，但會導(dǎo)致資源使用率低。

基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層代表實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?無線接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng))，可供每個網(wǎng)絡(luò)切片復(fù)用，并提供物理網(wǎng)絡(luò)資源以承載構(gòu)成每個切片的多個網(wǎng)絡(luò)功能。

可用的物理網(wǎng)絡(luò)資源包括一組異構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施組件，如數(shù)據(jù)中心(存儲和計算能力資源)、支持網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備，如路由器(網(wǎng)絡(luò)資源)和基站。

網(wǎng)絡(luò)切片控制器

網(wǎng)絡(luò)切片控制器被定義為一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，它與每一層執(zhí)行的各種功能接口，以統(tǒng)一地管理每個切片請求。好處是它可以高效、靈活地創(chuàng)建切片，并可在切片生命周期內(nèi)重新進(jìn)行配置。在操作上，網(wǎng)絡(luò)切片控制器負(fù)責(zé)以下幾個任務(wù)，在三層之間提供有效的協(xié)調(diào)：

• 端到端服務(wù)管理：將業(yè)務(wù)層中根據(jù) SLA 要求表示的各種服務(wù)實(shí)例，映射為網(wǎng)絡(luò)功能層中符合服務(wù)實(shí)例約束的合適的網(wǎng)絡(luò)功能。
• 虛擬資源定義：物理網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化，簡化分配網(wǎng)絡(luò)功能時的資源管理操作。
• 切片生命周期管理：跨所有三層的切片性能監(jiān)控，以便動態(tài)重新配置每個切片，以適應(yīng)可能的 SLA 需求修改。

由于每個任務(wù)的復(fù)雜性不同，網(wǎng)絡(luò)切片控制器可以由多個編排器組成，這些編排器獨(dú)立管理每一層的功能子集。為了滿足服務(wù)需求，各種編排實(shí)體需要交換有關(guān)切片創(chuàng)建和部署所涉及的操作狀態(tài)的高級信息來相互協(xié)調(diào)。

前文我們提到，網(wǎng)絡(luò)切片是在同一個物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上劃分而成的虛擬網(wǎng)絡(luò)，既然是共享同一個基礎(chǔ)設(shè)施，那又該如何保證每個切片之間互相獨(dú)立，其中一個發(fā)生故障不會影響到其它切片網(wǎng)絡(luò)?

切片隔離

切片隔離是一項(xiàng)重要的需求，即共享同一基礎(chǔ)設(shè)施的多個切片同時共存，同時保證每個切片的性能不能對其他切片的性能產(chǎn)生任何影響。

• 切片安全：網(wǎng)絡(luò)攻擊或故障發(fā)生僅影響目標(biāo)切片，對其他現(xiàn)有切片的生命周期影響有限。
• 切片隱私：與每個切片相關(guān)的隱私信息(例如用戶統(tǒng)計數(shù)據(jù)、MVNO 業(yè)務(wù)模型)不與其他切片共享。

在進(jìn)行切片之前，首先需要考慮的是如何統(tǒng)一管理切完片后的各個模塊，形成一個有機(jī)整體?要做到這一點(diǎn)，就要從SDN和NFV技術(shù)開始講。

SDN與NFV

網(wǎng)絡(luò)切片利用SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò) )、NFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化) 來快速分割網(wǎng)絡(luò)及其資源，以支持特定的應(yīng)用程序和設(shè)備。

SDN將網(wǎng)絡(luò)控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，通過中央控制平面的應(yīng)用程序編程接口(API)管理網(wǎng)絡(luò)流量。控制平面通過業(yè)務(wù)層配置資源，向客戶端提供定制化的服務(wù)。

NFV是切片的另一個先決條件。NFV 背后的策略是將網(wǎng)絡(luò)功能安裝到虛擬服務(wù)器上的虛擬機(jī) (VM) 上，以提供在傳統(tǒng)專有硬件上運(yùn)行的服務(wù)。

SDN 用于控制位于邊緣或核心云中的 VM 的配置，NFV 還可用于管理網(wǎng)絡(luò)切片及其基礎(chǔ)設(shè)施資源的生命周期。這些技術(shù)協(xié)同工作為SDN和NFV網(wǎng)絡(luò)有效利用包括RAN在內(nèi)的虛擬和物理資源提供了良好的基礎(chǔ)。

依托SDN/NFV技術(shù)，我們可以把所有的硬件抽象為計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)這三類資源進(jìn)行統(tǒng)一管理分配，給不同的切片不同的資源，且完全隔離互不干擾，實(shí)現(xiàn)了邏輯上的高層統(tǒng)一管理和靈活切割。

5G專網(wǎng)

想要滿足不同的業(yè)務(wù)需求，除了網(wǎng)絡(luò)切片外，還有一種實(shí)現(xiàn)方式——5G專網(wǎng)。

5G專用網(wǎng)絡(luò)(private 5G network)是一種局域網(wǎng)(LAN)，它使用5G技術(shù)創(chuàng)建具有統(tǒng)一連接性、優(yōu)化服務(wù)和特定區(qū)域內(nèi)安全通信方式的專用網(wǎng)絡(luò)。

專網(wǎng)是為特定用戶提供網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的專用網(wǎng)絡(luò)，公網(wǎng)與專網(wǎng)的區(qū)別主要在于公網(wǎng)為社會大眾服務(wù)，而專網(wǎng)為特定對象服務(wù)。

與網(wǎng)絡(luò)切片相比，企業(yè)似乎更喜歡專有5G網(wǎng)絡(luò)。

5G專網(wǎng)提供了企業(yè)定制化網(wǎng)絡(luò)的自由度，可以根據(jù)使用場所、工作類型提供不同的配置，在隱私和安全方面都有明顯的優(yōu)勢。

ABI Research 的高級分析師 Don Alusha 表示：“專網(wǎng)通常有自己的設(shè)備以及設(shè)備認(rèn)證和授權(quán)。而5G網(wǎng)絡(luò)切片根據(jù)不同粒度的需求范圍定制網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可靠性主要由運(yùn)營商保證?！?/p>

當(dāng)一家公司可以創(chuàng)建自己的專用網(wǎng)絡(luò)時，為什么還需要網(wǎng)絡(luò)切片？

安全、隱私和信任是每個業(yè)務(wù)應(yīng)用的主要要求。雖然5G 是更安全的蜂窩時代之一，吹捧具有先進(jìn)的加密功能，但它仍然容易受到攻擊。因此，許多企業(yè)對在運(yùn)營商的公共 5G 網(wǎng)絡(luò)中共享網(wǎng)絡(luò)切片持謹(jǐn)慎態(tài)度，他們更愿意控制自己的專用網(wǎng)絡(luò)。

“大多數(shù)企業(yè)想要由他們自己控制封閉系統(tǒng)，并且與公共基礎(chǔ)設(shè)施完全分開，”Antlitz 說?！捌渲羞€有一個關(guān)鍵原因是信任，他們不相信網(wǎng)絡(luò)切片不會出現(xiàn)漏洞或其他問題?！?/p>

那么5G專網(wǎng)真的會殺死網(wǎng)絡(luò)切片嗎？

企業(yè)評估 5G 時需要考慮部署方案。一種選擇是使用自己的頻譜構(gòu)建和控制5G專網(wǎng)。第二種選擇是從運(yùn)營商的公共 5G 網(wǎng)絡(luò)中獲取網(wǎng)絡(luò)切片。這一選擇很大程度上取決于信任、技術(shù)的成熟度以及成本考慮。

建立專網(wǎng)不是一件容易的事，首先需要面對的是頻譜的獲取。頻譜資源是有限的，并非隨需隨得，在大多數(shù)國家，頻譜被視為一種自然資源，其使用受到國家主管部門的控制，國家主管部門根據(jù)國家的需求分配資源。

其次，自建5G專網(wǎng)部署成本高，普通企業(yè)特別是小型企業(yè)無法承擔(dān)購買和部署全套5G網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用，后期還需要一些專業(yè)的運(yùn)維人員來維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

而使用運(yùn)營商的公共網(wǎng)絡(luò)，用戶可以獲得由SLA支持的 5G 服務(wù)，同時避免購買頻譜和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的麻煩。

所以，盡管企業(yè)對隱私和安全問題持謹(jǐn)慎態(tài)度，但網(wǎng)絡(luò)切片仍將是中小企業(yè)的一個有吸引力的選擇。

5G B2B 應(yīng)用的總潛在市場，2020-2030 年全球預(yù)測期(來源：ABI Research)

挑戰(zhàn)與機(jī)遇

挑戰(zhàn)

盡管網(wǎng)絡(luò)切片有巨大的優(yōu)勢，但運(yùn)營商和開發(fā)人員仍然面臨許多挑戰(zhàn)。完整的端到端的網(wǎng)絡(luò)切片橫跨無線接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及核心網(wǎng)，但這些 RAN 需要重新設(shè)計以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)切片。

盡管標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程仍在繼續(xù)，但整個行業(yè)對于5G網(wǎng)絡(luò)和其他架構(gòu)元素的網(wǎng)絡(luò)切片部署仍存在模糊共識。

在相同的物理基礎(chǔ)設(shè)施上增加更多的網(wǎng)絡(luò)，給運(yùn)營商帶來了額外的壓力，難以為每個單獨(dú)的切片維護(hù) SLA、QoS 和安全保證。

機(jī)遇

機(jī)遇是不言而喻的，隨著車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、VR/AR等多種業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景的爆發(fā)，網(wǎng)絡(luò)切片可以根據(jù)客戶需求將單個網(wǎng)絡(luò)劃分為滿足不同用例SLA的“VIP網(wǎng)絡(luò)”，運(yùn)營商可以為每個切片分配資源，利用必要的速度、吞吐量和延遲來覆蓋 5G 網(wǎng)絡(luò)切片的廣度。

將網(wǎng)絡(luò)切片作為服務(wù)來提供，最大限度地降低了運(yùn)營費(fèi)用 (OPEX) 和資本支出 (CAPEX)。對于關(guān)鍵公共應(yīng)用需求，如急救人員和醫(yī)療應(yīng)急小組等，可通過網(wǎng)絡(luò)切片在覆蓋范圍、容量和連接性方面給予優(yōu)先考慮。網(wǎng)絡(luò)切片必將改變我們的生活與生產(chǎn)。