浅谈5G移动网络切片技术及关键问题研究

◆钱 昭

（广东省电信规划设计院有限公司 江苏 210029）

浅谈5G移动网络切片技术及关键问题研究

◆钱 昭

（广东省电信规划设计院有限公司 江苏 210029）

随着 5G 时代的到来，多种应用场景和差异化的业务需求不断涌现，因不同的需求而产生不同的网络切片。本文主要详述了应用虚拟化技术对网络切片进行管理的方法，并简介以虚拟化技术为基础来实现网络切片。除此之外，为了给5G 移动网络的进展提供了有力帮助，本文也探讨了网络切片与大数据、网络开放技术相结合的总体架构。

5G；网络切片；虚拟化；能力开放；总体架构

0 引言

移动通信网络技术从上世纪90年代的2G时代到2010年左右兴起的4G时代，虽然通信技术历经30多年的不断发展，网络数据传输速度已经有了很大程度的提升，但2l世纪是一个信息大爆炸的时代，移动通信服务仍然面临着巨大挑战。因此，对 5G移动网络通信技术的探究已势不可挡。5G可以依托4G已有的良好的技术架构构建新的技术架构，作为新一代的移动网络通信技术以取代 3G和4G。我国也极度重视5G发展，目前华为、中兴及爱立信已进行了切片原型的研发和验证，ITU-T牵头网络切片管理和编排的研究，IMT-2020（5G）推进组完成了中国5G技术研发试验第一阶段的相关测试。由于到目前为止全球没有明确和统一5G技术的相关标准，所以国内外的研究人员正在努力寻求 5G移动通信的革命性技术及其统一实行的标准，相信不久的将来，5G网络将会实现极高的速率、极大的容量和极低的时延，提高资源利用率。本文主要探讨 5G通信的关键技术，并且论述目前国内外对 5G移动通信网络的研究状况，旨在为推进5G移动网络的实行提供必要准备。

1 5G 系统中网络切片技术的概念及特征

随着网络的发展，应用场景的多样化对网络的需求存在差异，如果在使用单一网络的同时为多种应用场景提供服务，就会出现网络管理效率和资源利用率下降、网络框架异常复杂的不良情况。因此 5G 网络需要一个融合核心网，能同时应对大量的差异化场景需求，网络切片作为5G最重要的技术之一应运而生。

网络切片技术指的是通过虚拟化把一个完整的物理网络分解成多个独立的逻辑网络，每一个虚拟网络都有相对应的应用场景。网络切片是由一组网络资源及其功能的集合，再由这些网络功能促成完整的逻辑网络，而各个逻辑网络都可以利用特定的网络特征来实现对应业务的需求。网络切片是端到端的逻辑功能集合和其所需的物理或虚拟资源，包括接入网、核心网功能等，甚至需要回传网络和IP网络的协同支持，网络切片可认为是5G网络中的虚拟化“专网”。通过协议定制与网络功能，网络切片可以给不同业务场地提供相应的网络功能，其中各个切片都能独立根据话务模型和业务场景的需求对功能的定制剪裁和相应的网络资源进行编制和管理，这是5G 网络架构的切片实例。

2 网络切片的需求

网络切片是运行一组网络功能的资源以及特定的安置所组成的集合，这些网络功能及其相应的配置聚集成一个完整的逻辑网络，这样的逻辑网络满足特定业务所需的网络特征，为特定的业务场地提供相对应的网络服务。

在系统和网络功能、用户体验、安全等各个方面，不一样的应用场景都会有不同的需求。若用同一个网络提供服务，一定会造成网络更加凌乱和缓慢，加大网络运维的复杂性，提高网络运营成本，也难以实现使用网络时需要的极限性能要求。反之，假如业务场地出现差异就会促使需求多样化，为其安置特定的网络来提供服务，而这个网络只拥有这种类型的应用场地所需要的功能，那么将会大幅度提升服务效率，也可以保障应用场地所需的网络性能，使得网络的运维不再复杂化，降低了投资和运营成本。

3 虚拟化技术下的网络切片的资源管理

网络切片管理是5G网管系统中最重要的新功能。负责把用户业务级别的需求转化为基于NFV/SDN跨域部署文件及业务配置文件，并执行业务级别的网络切片生命周期管理，需要跨域协同实现整体端到端业务的管理和编排。

网络切片利用虚拟化能够管理每个网络切片资源的生命周期，其生命周期分别为设计、购买、上线、运营、下线等 5个阶段。其中，设计阶段又包括切片设计和商业设计。在设计过程中专业人员能够按照切片上预期特定业务的特点来选择对应的特性，包含所需的功能、性能、安全、运维特征、业务体验等，切片模板由设计完成后生成，也就是说，切片设计的过程就是完成。

针对商业设计，其设计人员则能依据市场策略对切片进行商业设计，而这种设计也能够依照切片运行的不同特点实现差异化的商业设计，比如切片的能力规格（如支持多少规模用户），依据切片运行的区域，有无可拓展能力等设计方式以确定差异化的定价。结束切片设计工作之后，就能购买设计好的切片了，购买方在购买切片时，应考虑到自己的地域、能力和业务等特征选取合适的切片。完成购买后，切片就可以上线了，切片上线的整个过程都是自动的，不需要人工操作。实际上，在切片上线时就实现了切片的安置。为实现指定功能的配置和安装，以及切片的连通试验，上线过程中系统会自动为切片选出最合理的虚拟和物理资源。

4 网络切片的分类

网络切片具有独立性和完整性，可以独自承担部分或全部的网络功能，是一个完整的逻辑网络。5G网络切片的目的是实现接入网资源、核心网资源、终端设备以及网络管理系统等的有机组合，为不同业务或者商业场地提供可以独立运维和管理的、相互隔离的完整网络。在同一网络的基础设施上，5G网络切片技术以虚拟独立网络的形式为各个应用场景提供互相隔离的网络环境，达到每个应用场景可以依照不同的需求来制定网络特性和功能的效果。网络切片可以分为2种切片。

（1）独立切片

具有独立性的切片包含用户面、控制面和各种业务功能，提供部分特定功能服务或者独立的端到端专网服务给特定用户群。

（2）共享切片

共享切片为不同的独立切片提供同时使用的资源，其功能除了提供端到端的，也可以供应部分共享。

5 网络切片的总体架构

基于多种业务需求，5G移动网络提供通用或特有的服务，从而生成不同的网络切片，这就是网络切片的总体架构。在 5G移动网络中，网元功能将会被弱化，且被虚拟机中运行的不同功能模块所代替。功能模块可以是自有能力的，也可以是第三方APP，模块划分粒度需依据业务的需求自由定义，例如以会话管理、移动管理、存储、鉴权等不同功能模块。用户可以根据不同需求采用不同的功能模块，从而形成不一样的网络切片，达到个性化服务的目的。典型的网络切片不限于物联网、eMBB、企业网、关键通信网络等。

网络能力开放平台面向应用需求，依靠开放 API接口提供开放网络能力和数据，通过面向上层应用例如第三方业务提供商、自营业务、内容服务商、租户等开放底层的网络能力；通过面向应用需求的端到端网络能力交付方式以完成网络与资源、网络与业务的共同协作，也推进网络能力开放、虚拟化灵活调度的客观优点得以充分发挥。网络能力开放平台应用大数据信息技术挖掘网络价值，对外提供网络数据和专有的差异化业务，把更好的用户体验带给用户，从而推动 IT与 CT业务的共同发展。在未来的 5G移动通信网络中，为给运营商带来更多盈利，自营公司或第三方公司能进一步加入到运营商网络的建设中，实现平台即服务（PaaS）的生态系统。

6 结束语

由于虚拟化和网络能力开放等技术的日益更新和进步，网络切片愈加具有实现价值的意义。网络架构的多元化作为 5G 移动网络的必不可少的一部分，要实现多元化架构就需应用5G网络切片技术这种方法。总而言之，网络切片技术将会成为运营商以获取新盈利的重要技术，也是以后运营商和 OTT 公司进行后向合作的必要手段。

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