5G网络切片技术简介-基础电子

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5G预计在2020年实现商用化因而被广泛提起，提到5G就不得不提起网络切片（NetworkSlicing），作为5G中被讨论多的技术，网络切片对于5G的意义巨大。本文主要从以下几个方面对5G网络切片技术做一些简要介绍。

网络切片的定义

网络切片可以理解为支持特定使用场景或商业模式的通信服务要求的一组逻辑网络功能的集合，是基于物理基础设施对服务的实现，这些逻辑网络功能可以看作是由EPC下的网络功能（NetworkFuncon）分解而来的一系列子功能（Networksub-Funcon）。可以看出网络切片是一种端到端的解决方案，这种端到端的解决方案不仅可以应用于网，还可以应用于无线接入网RAN。

网络切片从服务层（servicelayer）和基础设施层（infrastructurelayer）的角度来考虑问题。服务层从逻辑层面来描述系统架构，由网络功能和功能间的联系组成，这些网络功能通常以软件包的方式被定义，其中会提供定义部署和操作要求（连接、接口、KPI要求等）的模板。基础设施层从物理层面描述维持一个网络切片运行所需要的网络元素和资源，其中包括计算资源（例如数据中心中的IT服务器）和网络资源（例如聚合交换机、边缘路由器、电缆等）。

划分好基础设施层和服务层之后，需要考虑两个层之间的映射问题，这是一个典型的虚拟网络嵌入问题，主要包含以下两步：

1、从虚拟功能到物理功能的映射，包含网络转发元素和计算资源的选择，比如装置类型和装置地理位置的选定，需要资源的数量由服务层的需求决定。

2、从虚拟链路到物理链路的映射，分配多少物理链路带宽也取决于服务层的需求。

任何两个切片A和B之间的关系可以有以下情况中的一种：

不同服务层：比如切片A为M2M类型装置提供服务，切片B为人工操作装置提供服务。

相同服务层，但是网络功能稍有修改：例如切片A支持高移动性用户，切片B提供相同服务但是不提供移动性支持

相同服务层，但是不同物理应用：例如，切片A和切片B都支持相同的服务，但是A提供超高可信度，B提供标准可信度，因此两个切片的部署要求不同。

相同服务层，相同物理应用：例如针对不同运营商提供的切片。

为什么要在5G网架构中应用网络切片技术？

在5G时代，移动网络服务的对象也不再是单纯的移动手机，而是各种类型的设备，比如移动手机、平板、固定传感器、车辆等等。应用场景也多样化，比如移动宽带、大规模互联网、任务关键型互联网等等。需要满足的要求也多样化，比如移动性、安全性、时延性、可靠性等等。这就为网络切片提供了用武之地，通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络，从而避免了为每一个服务建设一个专用的物理网络，这是非常节省成本的！看看图1描述的根据不同群体不同需求划分网络切片，是不是很容易理解网络切片的价值了！从切片的角度讲，可以将传统的EPC当成是一个服务所有可支持的移动装置的大切片，但是前面已经提到过，使用一个统一的网络架构来同时满足所有的服务请求是不高效也不容易实现的，因此未来的网络必须通过网络切片技术从“onesizefitsall”向“onesizeperservice”过渡。

应用场景分类

具体的讲，5G网络将应对三类场景：移动宽带、大规模物联网和关键任务型物联网。三大应用场景对网络服务的需求是不相同的：

1、移动宽带

面向4K/8K超高清视频、全息技术、增强现实/虚拟现实等应用，对网络带宽和速率要求较高。

2、大规模物联网

海量的物联网传感器部署于测量、建筑、农业、物流、智慧城市、家庭等领域，这些传感器设备是非常密集的，规模庞大，且大部分是静止的，对时延和移动性要求不高。

3、关键任务型物联网

主要应用于无人驾驶、车联网、自动工厂、远程医疗等领域，要求超低时延和高可靠性。

为此，我们不得不根据不同的服务需求将物理网络切片成多个虚拟网络：智能手机切片网络、自动驾驶切片网络、大规模物联网切片网络等等。..

网络切片面临哪些挑战

1、网络切片结构：虽然在表1中很好的定义了八个应用场景系列，但仍存在很多尚未分类的场景，因此在性能评估标准方面的切片划分的粒度如何确定仍然是一个需要解决的问题。

2、网络切片选择：一个用户可能会使用一个或者多个切片，如何选择合适的切片也是一个基本的问题

3、网络切片转换：漫游场景下，本地网络切片不能支持用户接入网络，就会造成用户网络中断，一个可能的解决方案是将用户转换到默认切片下，但是在切片转换过程中如何保持IP会话的连通性、侦测转换时机的任务应该交给用户终端还是交给网络，这都是尚待解决的问题。

4、用户状态维持：用户的状态信息可能会在多个切片中传递，如何管理用户状态也是一个关键问题。

5、新功能的确定：为了支持一些如无人驾驶等的新式服务，当前的EPC功能可能并不能够满足，因此需要定义新的功能以及涉及到的消息格式和处理程序。

总结

网络架构的多元化是5G网络的重要组成部分，5G网络切片技