淺談5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)及其在垂直行業(yè)上的應(yīng)用

淺談5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)及其在垂直行業(yè)上的應(yīng)用

摘要：5G具有超高帶寬、低延遲、大容量的特點(diǎn)，其端到端的網(wǎng)絡(luò)切片能力，可以將所需的網(wǎng)絡(luò)資源面向不同的需求靈活動(dòng)態(tài)地分配，針對(duì)垂直化行業(yè)為用戶(hù)提供定制化的網(wǎng)絡(luò)。本文從網(wǎng)絡(luò)切片的組網(wǎng)架構(gòu)、在垂直行業(yè)中的細(xì)分應(yīng)用以及可能存在的問(wèn)題等方面簡(jiǎn)要介紹網(wǎng)絡(luò)切片在垂直行業(yè)上的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)切片；垂直行業(yè)；應(yīng)用場(chǎng)景一、引言網(wǎng)絡(luò)切片是由一組網(wǎng)絡(luò)功能構(gòu)成的完整的實(shí)例化邏輯網(wǎng)絡(luò)，旨在“按需組網(wǎng)”，為用戶(hù)提供一系列滿(mǎn)足其個(gè)性化需求的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在相同物理基礎(chǔ)設(shè)施上，利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等技術(shù)，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景按需創(chuàng)建設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)切片，可達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源利用的最優(yōu)化。二、網(wǎng)絡(luò)切片的組網(wǎng)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中分別體現(xiàn)在以下各個(gè)網(wǎng)絡(luò)層面：（1）、無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)RAN：其接入方式包括固定接入FTTx和移動(dòng)接入WLAN、WiMax、2/3/4G等，針對(duì)不同的切片需求，無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)為每個(gè)切片分配專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)資源，形成切片之間資源的隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)中集中單元CU和分布單元DU功能的靈活切分和部署；（2）、邊緣云EdgeCloud：以網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算、存儲(chǔ)和通信能力建立業(yè)務(wù)所在的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)中接入網(wǎng)絡(luò)切片，保證業(yè)務(wù)本地處理的質(zhì)量，減少核心網(wǎng)以及傳輸網(wǎng)的成本費(fèi)用，有效控制時(shí)延問(wèn)題；（3）、傳輸網(wǎng)：基于層次化的SDN控制器實(shí)現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)和切片網(wǎng)絡(luò)的端到端統(tǒng)一管理和控制，同時(shí)通過(guò)OTN技術(shù)、FlexE和ODUk等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)硬切換以及通過(guò)IP/MPLS偽線(xiàn)技術(shù)、VLAN、VPN等虛擬化技術(shù)結(jié)合QoS、隧道技術(shù)等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)軟切片；（4）、核心網(wǎng)：其實(shí)現(xiàn)方式包括通過(guò)功能模塊化定義服務(wù)化架構(gòu)、核心網(wǎng)控制面與用戶(hù)面分離以及基于切片需求的功能定制化。三、網(wǎng)絡(luò)切片在垂直行業(yè)中的細(xì)分應(yīng)用垂直行業(yè)是指專(zhuān)注于某一領(lǐng)域或者地域的行業(yè)，能夠針對(duì)其行業(yè)內(nèi)用戶(hù)個(gè)性化需求提供深入、專(zhuān)業(yè)、權(quán)威的服務(wù)，以下垂直行業(yè)細(xì)分應(yīng)用場(chǎng)景目前所面對(duì)的挑戰(zhàn)包括：

制造業(yè)：面對(duì)無(wú)可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)下的超競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境、日益增長(zhǎng)的商業(yè)周期和產(chǎn)品周期、基于自動(dòng)化和物聯(lián)網(wǎng)下的智能工廠；媒體及娛樂(lè)業(yè)：消費(fèi)者從單純的消費(fèi)到消費(fèi)且共同創(chuàng)作娛樂(lè)內(nèi)容的角色轉(zhuǎn)變、日益增長(zhǎng)的交互和擬真化娛樂(lè)形式、通過(guò)新平臺(tái)和新市場(chǎng)拓展的數(shù)字化內(nèi)容；公共安全領(lǐng)域：基于CCTV和可穿戴相機(jī)下日益增長(zhǎng)的公共監(jiān)督、全球化的網(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)字化經(jīng)濟(jì)、公民-互聯(lián)網(wǎng)下的公共安全；公共交通領(lǐng)域：移動(dòng)環(huán)境下的信息娛樂(lè)、都市化和綜合運(yùn)輸、城市生命周期和對(duì)公共交通日益增長(zhǎng)的期望；醫(yī)療健康領(lǐng)域：消費(fèi)者對(duì)美好生活日益增長(zhǎng)的關(guān)注、基于社會(huì)人口統(tǒng)計(jì)改變下日益增長(zhǎng)的匹配性成本、對(duì)就醫(yī)質(zhì)量、病患安全和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的巨大需求、消費(fèi)者對(duì)就醫(yī)服務(wù)提供者更自由更多樣化的選擇；汽車(chē)業(yè)：自動(dòng)駕駛、共享汽車(chē)、數(shù)字化車(chē)輛系統(tǒng)、數(shù)字化企業(yè)及供應(yīng)鏈；能源使用領(lǐng)域：石油消耗的不均衡和不穩(wěn)定、新的去中心化商業(yè)模式。結(jié)合不同垂直行業(yè)的相應(yīng)挑戰(zhàn)，基于三類(lèi)典型應(yīng)用場(chǎng)景：1）、增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶場(chǎng)景（eMBB），其特點(diǎn)在于：大寬帶，面對(duì)高速移動(dòng)高清呈現(xiàn)；2）、低時(shí)延高可靠場(chǎng)景（uRRLC），其特點(diǎn)在于低時(shí)延高可靠，面對(duì)精確行業(yè)應(yīng)用；3）、低功耗大連接場(chǎng)景（mMTC），其特點(diǎn)在于海量連接，面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器通信，網(wǎng)絡(luò)切片在典型應(yīng)用場(chǎng)景下可開(kāi)展如下業(yè)務(wù)：虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)融合AR/VR-增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶場(chǎng)景（eMBB）：涉及媒體及娛樂(lè)業(yè)、制造業(yè)、醫(yī)療健康領(lǐng)域；超高清視頻4K/8K-增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶場(chǎng)景（eMBB）：涉及媒體及娛樂(lè)業(yè)、公共安全領(lǐng)域、公共交通領(lǐng)域、醫(yī)療健康領(lǐng)域；遠(yuǎn)程醫(yī)療-低時(shí)延高可靠場(chǎng)景（uRRLC）：涉及醫(yī)療健康領(lǐng)域；智能電網(wǎng)-低時(shí)延高可靠場(chǎng)景（uRRLC）：涉及能源使用領(lǐng)域；無(wú)人機(jī)/監(jiān)控-低功耗大連接場(chǎng)景（mMTC）：涉及公共安全領(lǐng)域、公共交通領(lǐng)域、能源使用領(lǐng)域；車(chē)聯(lián)網(wǎng)-低時(shí)延高可靠場(chǎng)景（uRRLC）+低功耗大連接場(chǎng)景（mMTC）：涉及公共交通領(lǐng)域、汽車(chē)業(yè)。四、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題1、網(wǎng)絡(luò)切片劃分的粒度：如何平衡好劃分粒度的優(yōu)勢(shì)和不足，例如較細(xì)的劃分粒度方式帶來(lái)更好的靈活性和更難的部署及管理，而較粗的劃分方式雖然便于運(yùn)營(yíng)但是不能更好地體現(xiàn)按需分配。2、網(wǎng)絡(luò)切片的安全隔離：如何針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例之間設(shè)置獨(dú)立且多級(jí)化的隔離機(jī)制，例如有效地實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定對(duì)象開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)切片的不同級(jí)別的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限、在部分網(wǎng)絡(luò)切片出現(xiàn)故障時(shí)不對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)切片造成影響。3、網(wǎng)絡(luò)切片的互操作性：在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片使用過(guò)程中由于網(wǎng)絡(luò)切片屬于非專(zhuān)用資源，存在各個(gè)廠家網(wǎng)絡(luò)切片之間的互操作，例如定義、部署、運(yùn)維、運(yùn)營(yíng)等生命周期中的各個(gè)方面會(huì)不如單個(gè)廠家專(zhuān)用資源之間的操作流暢，如何在各個(gè)廠家之間相互協(xié)作以提升用戶(hù)體驗(yàn)。五、結(jié)束語(yǔ)5G網(wǎng)絡(luò)切片靈活、開(kāi)放的能力能夠?yàn)榇怪毙袠I(yè)中的用戶(hù)提供多樣化的服務(wù)供給，給行業(yè)自身帶來(lái)規(guī)?；找?，為運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商提升網(wǎng)絡(luò)價(jià)值和設(shè)備需求?；诙喾焦糙A的預(yù)期效果，網(wǎng)絡(luò)切片的發(fā)展需要通信業(yè)、垂直行業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)組織和政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)等的共同推動(dòng)，以盡早實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化的。參考文獻(xiàn)：[1]NGMNAlliancedocument.5GWhitePaper.2015[2]華為、愛(ài)立信、諾基亞聯(lián)合德國(guó)大眾集團(tuán)，《針對(duì)垂直行業(yè)的5G網(wǎng)絡(luò)切片白皮書(shū)》[3]LanfrancoZanzietal,“OVNESDemonstrating5Gnetworkslicingoverbookingonrealdeployments”，2018IEEEConferenceonComputerCommunication