5G網絡,切片才好用!

2021-08-12 15:59:33
傳感器技術
5G
5G網絡通過對實際網絡的資源和功能進行劃分,形成了不同的網絡切片。每個切片可以被看作是一個邏輯網絡,是實現網絡靈活性和可擴展性的關鍵技術之一,在提高網絡安全性的同時,降低了網絡運營投資成本。

物聯網,無物不聯的時代,將有大量的設備接入網絡,這些設備分屬不同的工業領域,它們具有不同的特點和需求。換句話說,它們對于網絡的移動性、安全性、時延、可靠性,甚至是計費方式有了更高的要求。

為滿足這些需求,5G網絡通過對實際網絡的資源和功能進行劃分,形成了不同的網絡切片。每個切片可以被看作是一個邏輯網絡,是實現網絡靈活性和可擴展性的關鍵技術之一,在提高網絡安全性的同時,降低了網絡運營投資成本。

當全世界都在談5G的時候,通信業界里談論得最多的是——5G網絡切片技術(Network Slicing)。網絡切片,已成為中國移動,韓國KT、SK電信,日本KDDI和NTT,以及愛立信、諾基亞、華為等設備商公認的最理想的5G網絡構架。

網絡切片技術的定義

網絡切片是將一個物理網絡切割成多個虛擬的端到端網絡,每個虛擬網絡之間(包括網絡內的設備、接入、傳輸和核心網)是邏輯獨立的,任何一個虛擬網絡發生故障都不會影響其他虛擬網絡。

依據應用場景可將5G網絡分為3類:移動寬帶、海量物聯網和任務關鍵性物聯網。由于5G網絡的3類應用場景的服務需求不同,且不同領域的不同設備大量接入網絡,這時網絡切片就可以將一個物理網絡分成多個虛擬的邏輯網絡,每一個虛擬網絡對應不同的應用場景,從而滿足不同的需求。

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如上表所示,5G網絡的三類應用場景的服務需求是不一樣的:

1)移動寬帶

5G時代將面向4K/8K超高清視頻、全息技術、增強現實/虛擬現實等應用,移動寬帶的主要需求是更高的數據容量。

2)海量物聯網

海量傳感器部署于測量、建筑、農業、物流、智慧城市、家庭等領域,這些傳感器設備是非常密集的,大部分是靜止的。

3)任務關鍵性物聯網

任務關鍵性物聯網主要應用于無人駕駛、自動工廠、智能電網等領域,主要需求是超低時延和高可靠性。

網絡切片要做的就是將一個物理網絡分成多個虛擬的邏輯網絡,每一個虛擬網絡對應不同的應用場景。

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網絡切片是怎么個切法

實際上,從2G到4G網絡只是實現了單一的電話或上網需求,卻無法滿足隨著海量數據而來的新業務需求,且傳統網絡改造起來非常麻煩;而5G可以說是為了應用而生,需要面向多連接與多樣化業務,需要部署更靈活,還要分類管理,而網絡切片正是這樣一種按需組網的方式。

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就像上面這張圖展示的那樣,運營商在同一的基礎設施上“切”出多個虛擬網絡,每個網絡切片從無線接入網到承載網再到核心網,都是邏輯上隔離,且每個網絡切片至少包括無線子切片、承載子切片和核心網子切片,以適配各類業務與應用??梢哉f,網絡切片做到了端到端的按需定制并保證隔離性。

那么,如何實現端到端的網絡切片呢?NFV是先決條件。比如核心網,NFV先從傳統網絡設備中分離軟硬件,硬件由通用服務器統一管理,軟件則由不同的NF承擔,以實現靈活滿足業務需求。這樣看來,“切”這個動作實際上就是在進行資源重組。

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重組的依據是什么呢?其實,是根據SLA(服務等級協議)為指定的通信服務類型,選擇它需要的虛擬和物理資源。這里,SLA包括了用戶數,QoS,帶寬等多項參數,且不同的SLA將定義不同的通信服務類型。

當然,這并不是說我們需要為每一個服務都建一個專用網絡,因為網絡切片技術在一個獨立的物理網絡上,可以切分出多個邏輯網絡,所以說它真的非常節省成本!因此,我們說在一個網絡中,切片越多加載的應用越多,意味著其網絡價值越大,性價比也就越高。

目前,5G幾個主流的應用場景,包括eMBB、uRLLC、mMTC三個通信服務類型,當然還有公認的5G未來殺手級應用之一的VR、AR,自動駕駛,無人機,智能電網,無線醫療,5G將提供適配不同領域需求的網絡連接特性,推動各行業的能力提升與轉型。

例如在自動駕駛中,其所依賴的V2X通信,需要的是低延遲卻不一定需要高吞吐量,在汽車行駛時觀看的媒體服務需要高吞吐量且容易受到延遲影響,兩者都可以通過虛擬網絡切片上的相同公共物理網絡傳送,以優化物理網絡的使用。

又或者在智能電網,用5G網絡切片承載電網業務是一種全新的嘗試,將運營商的網絡資源以相互隔離的邏輯網絡切片,按需提供給電網公司,可以應用在智能電網用電信息采集、分布式電源、電動汽車充電樁控制精準負荷控制等關鍵業務中,滿足電網不同業務對通信網絡能力的差異化需求。

網絡切片的分類及應用

不同的場景對網絡有不同的要求,如果使用單個網絡為不同的應用場景提供服務,可能會導致復雜的網絡架構、低效的網絡管理和低效的資源利用。5G網絡切片技術為不同的應用場景提供隔離的網絡環境,使不同的應用場景可以根據自身要求定制功能與特性。

5G網絡切片的目標是結合終端設備、接入網資源、核心網資源、網絡運營和維護管理系統,為不同的業務場景或業務類型提供獨立、隔離和集成的網絡。

1、網絡切片的2種形式

(1)獨立切片

擁有獨立功能的切片,包括控制面、用戶面及各種業務功能模塊,為特定用戶群提供獨立的端到端專網服務或者部分特定功能服務。

(2)共享切片

共享切片即資源可供各種獨立切片共同使用的切片。共享切片提供的功能可以是端到端的,也可以提供部分共享功能。

2、端到端網絡切片

(1)空中接口的網絡切片

空中接口的網絡切片概念是指對物理無線電資源進行適當劃分,將其映射到邏輯資源,并且基于邏輯物理資源創造媒體訪問控制和更高層的操作。

(2)無線接入網的網絡切片

考慮到切片的特殊性,無線接入網中的網絡切片描述了控制平面和用戶平面的優化配置。此外,還需要研究兩個方面。

a、無線接入類型。它支持由切片提供的服務。

b、無線接入網功能的正確配置。它適用于基于需求的每個切片中的合適的單元部署。

基于QoS需求、通信負載或通信類型等因素,RAN體系結構對于每個切片應做出適當的調整。例如,由于RAN配置,每個切片使用不同類型的單元:切片1只使用宏單元;切片2只使用小單元;切片3使用宏單元和小單元。在其他場景中,切片1可以使用宏單元和小單元,而切片3只使用小單元。

(3)核心網中的網絡切片

由于網絡功能虛擬化和軟件定義網絡兩種技術,核心網絡中的網絡切片是可能的。軟件定義網絡的目的是將控制平面和數據平面分離。此外,控制平面應該通過API來編程,以引入管理的靈活性。支持SDN類平面分離是5G核心網絡體系結構的主要原則之一,因為它允許:

a、數據和控制資源的獨立調整;

b、數據平面更接近用戶設備;

c、適當選擇不同切片所需的數據平面功能。

3、網絡切片的3種部署場景

(1)共享切片與獨立切片縱向分離。端到端的控制面切片作為共享切片,在用戶面形成不同的端到端獨立切片??刂泼婀蚕砬衅瑸樗杏脩舴?,對不同的個性化獨立切片進行統一管理,包括鑒權、移動性管理和數據存儲等。

(2)獨立部署各種端到端切片,每個獨立切片包含完整的控制面和用戶面功能,形成服務于不同用戶群的專有網絡,如CIoT、eMBB和企業網等。

(3)共享切片與獨立切片橫向分離,共享切片實現一部分非端到端功能,后接各種不同的個性化獨立切片。典型應用場景包括共享的vEPC+GiLAN業務鏈網絡。

5G技術作為面向未來新需求的新一代通信技術,已經獲得了全球范圍的廣泛關注,并得到了幾乎所有電信運營商。電信設備制造商和研究機構的支持,其技術發展獲得了全產業鏈的支持,為未來商用做好了充分準備。

在網絡切片的推動下,未來萬物互聯的場景將會得到實現。自動工廠、遠程醫療、無人駕駛、車聯網等以超高速率、超低時延、高可靠性的通信為基礎的新技術日益普及,這給人們的生活帶來了更大便利,極大地改變了人們的生活方式。

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