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態(tài)地分配，針對垂直化行業(yè)為用戶提供定制化的網(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題等方面簡要介紹網(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)”，為用戶提供一系列滿足其個性化需求的網(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)，針對不同的應(yīng)用場景按需創(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)在移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中分別體現(xiàn)在以下各個網(wǎng)絡(luò)層面：（1）、無線接入網(wǎng)RAN：其接入方式包括固定接入FTTx和移動接入WLAN、WiMax、2/3/4G等，針對不同的切片需求，無線接入網(wǎng)為每個切片分配專用無線資源，形成切片之間資源的隔離，同時實(shí)現(xiàn)無線接入網(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、存儲和通信能力建立業(yè)務(wù)所在的無線接入網(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，有效控制時延問題；（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，同時通過OTN技術(shù)、FlexE和ODUk等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)硬切換以及通過IP/MPLS偽線技術(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)方式包括通過功能模塊化定義服務(wù)化架構(gòu)、核心網(wǎng)控制面與用戶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)是指專注于某一領(lǐng)域或者地域的行業(yè)，能夠針對其行業(yè)內(nèi)用戶個性化需求提供深入、專業(yè)、權(quán)威的服務(wù)，以下垂直行業(yè)細(xì)分應(yīng)用場景目前所面對的挑戰(zhàn)包括：

制造業(yè)：面對無可持續(xù)競爭優(yōu)勢下的超競爭環(huán)境、日益增長的商業(yè)周期和產(chǎn)品周期、基于自動化和物聯(lián)網(wǎng)下的智能工廠；媒體及娛樂業(yè)：消費(fèi)者從單純的消費(fèi)到消費(fèi)且共同創(chuàng)作娛樂內(nèi)容的角色轉(zhuǎn)變、日益增長的交互和擬真化娛樂形式、通過新平臺和新市場拓展的數(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：移動環(huán)境下的信息娛樂、都市化和綜合運(yùn)輸、城市生命周期和對公共交通日益增長的期望；醫(yī)療健康領(lǐng)域：消費(fèi)者對美好生活日益增長的關(guān)注、基于社會人口統(tǒng)計(jì)改變下日益增長的匹配性成本、對就醫(yī)質(zhì)量、病患安全和數(shù)據(jù)存儲的巨大需求、消費(fèi)者對就醫(yī)服務(wù)提供者更自由更多樣化的選擇；汽車業(yè)：自動駕駛、共享汽車、數(shù)字化車輛系統(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)，基于三類典型應(yīng)用場景：1）、增強(qiáng)型移動寬帶場景（eMBB），其特點(diǎn)在于：大寬帶，面對高速移動高清呈現(xiàn)；2）、低時延高可靠場景（uRRLC），其特點(diǎn)在于低時延高可靠，面對精確行業(yè)應(yīng)用；3）、低功耗大連接場景（mMTC），其特點(diǎn)在于海量連接，面對物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器通信，網(wǎng)絡(luò)切片在典型應(yīng)用場景下可開展如下業(yè)務(wù)：虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)融合AR/VR-增強(qiáng)型移動寬帶場景（eMBB）：涉及媒體及娛樂業(yè)、制造業(yè)、醫(yī)療健康領(lǐng)域；超高清視頻4K/8K-增強(qiáng)型移動寬帶場景（eMBB）：涉及媒體及娛樂業(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-低時延高可靠場景（uRRLC）：涉及醫(yī)療健康領(lǐng)域；智能電網(wǎng)-低時延高可靠場景（uRRLC）：涉及能源使用領(lǐng)域；無人機(jī)/監(jiān)控-低功耗大連接場景（mMTC）：涉及公共安全領(lǐng)域、公共交通領(lǐng)域、能源使用領(lǐng)域；車聯(lián)網(wǎng)-低時延高可靠場景（uRRLC）+低功耗大連接場景（mMTC）：涉及公共交通領(lǐng)域、汽車業(yè)。四、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題1、網(wǎng)絡(luò)切片劃分的粒度：如何平衡好劃分粒度的優(yōu)勢和不足，例如較細(xì)的劃分粒度方式帶來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：如何針對不同網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例之間設(shè)置獨(dú)立且多級化的隔離機(jī)制，例如有效地實(shí)現(xiàn)針對特定對象開放網(wǎng)絡(luò)切片的不同級別的訪問權(quán)限、在部分網(wǎng)絡(luò)切片出現(xiàn)故障時不對其他網(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)切片使用過程中由于網(wǎng)絡(luò)切片屬于非專用資源，存在各個廠家網(wǎng)絡(luò)切片之間的互操作，例如定義、部署、運(yùn)維、運(yùn)營等生命周期中的各個方面會不如單個廠家專用資源之間的操作流暢，如何在各個廠家之間相互協(xié)作以提升用戶體驗(yàn)。五、結(jié)束語5G網(wǎng)絡(luò)切片靈活、開放的能力能夠?yàn)榇怪毙袠I(yè)中的用戶提供多樣化的服務(wù)供給，給行業(yè)自身帶來規(guī)?；找?，為運(yùn)營商、設(shè)備商提升網(wǎng)絡(luò)價值和設(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，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、愛立信、諾基亞聯(lián)合德國大眾集團(tuán)，《針對垂直行業(yè)的5G網(wǎng)絡(luò)切片白皮書》[3]LanfrancoZanzietal,“OVNESDemonstrating5Gnetworkslicingoverbookingonrealdeployments”，2018IEEEConferenceonComputerCommunication