為什么5G需要網(wǎng)絡(luò)切片以及如何實現(xiàn)

5G和網(wǎng)絡(luò)切片

當5G被廣泛提及的時候，網(wǎng)絡(luò)切片是其中討論最多的技術(shù)。像KT、SK Telecom、China Mobile、DT、KDDI、NTT等網(wǎng)絡(luò)運營商，以及Ericsson、Nokia 、Huawei 等設(shè)備商都認為網(wǎng)絡(luò)切片是5G時代的理想網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

這個新技術(shù)可以讓運營商在一個硬件基礎(chǔ)設(shè)施切分出多個虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)切片從設(shè)備到接入網(wǎng)到傳輸網(wǎng)再到核心網(wǎng)在邏輯上隔離，適配各種類型服務(wù)的不同特征需求。

對于每一個網(wǎng)絡(luò)切片，像虛擬服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)質(zhì)量等專屬資源都得到充分保證。由于切片之間相互隔離，所以一個切片的錯誤或故障不會影響到其它切片的通信。

為什么5G需要網(wǎng)絡(luò)切片

從以往到目前4G網(wǎng)絡(luò)，移動網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)移動手機，一般來說只為手機做一些優(yōu)化。然而在5G時代，移動網(wǎng)絡(luò)需要服務(wù)各種類型和需求的設(shè)備。大家提的比較多的應(yīng)用場景包括移動寬帶、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)、任務(wù)關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)。他們都需要不同類型的網(wǎng)絡(luò)，在移動性、計費、安全、策略控制、延時、可靠性等方面有各不相同的要求。

例如一個大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)連接固定傳感器測量溫度、濕度、降雨量等。不需要移動網(wǎng)絡(luò)中那些主要服務(wù)手機的切換、位置更新等特性。另外像自動駕駛以及遠程控制機器人等任務(wù)關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)需要幾毫秒的端到端延時，這就和移動寬帶業(yè)務(wù)大不相同。

5G的主要應(yīng)用場景

這是不是意味著我們需要為每一個服務(wù)建設(shè)一個專用網(wǎng)絡(luò)了？例如，一個服務(wù)5G手機，一個服務(wù)5G大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，一個服務(wù)5G任務(wù)關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)。其實不需要，因為我們可以通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在一個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)上切分出多個邏輯的網(wǎng)絡(luò)，這是一個非常節(jié)省成本的做法！

網(wǎng)絡(luò)切片的應(yīng)用需求

NGMN發(fā)布的5G白皮書中闡述的5G網(wǎng)絡(luò)切片如下圖所示：

NGMN 5G網(wǎng)絡(luò)切片示意圖

我們怎么實現(xiàn)端到端網(wǎng)絡(luò)切片？

（1）5G的無線接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)：NFV化

在如今的移動網(wǎng)絡(luò)中，主要的設(shè)備是手機。RAN（DU和RU）和核心功能由RAN廠商提供的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）是一個先決條件。基本上，NFV的主要思想是將網(wǎng)絡(luò)功能軟件（即分組核心中的MME，S / P-GW和PCRF以及RAN中的DU）全部部署在商業(yè)服務(wù)器上的虛擬機，而不是單獨部署在其專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這樣，RAN當作邊緣云，而核心功能當作核心云。位于邊緣和核心云中的VM之間的連接使用SDN進行配置。然后，為每個服務(wù)（即電話切片、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)切片、任務(wù)關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)切片等等）創(chuàng)建切片。

如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片之一

下圖顯示了每個服務(wù)專用的應(yīng)用程序如何可以虛擬化并安裝在每個切片中。 例如，切片可以配置如下：

（1）UHD切片：在邊緣云中虛擬化DU，5G核心（UP）和緩存服務(wù)器，以及在核心云中虛擬化5G核心（CP）和MVO服務(wù)器

（2）電話切片：在核心云中虛擬化具有全移動功能的5G核心（UP和CP）和IMS服務(wù)器

（3）大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)切片（例如傳感器網(wǎng)絡(luò)）：在核心云中虛擬化一個簡單輕便的5G內(nèi)核沒有移動性管理功能

（4）任務(wù)關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)切片：在邊緣云中虛擬化5G核心（UP）和相關(guān)服務(wù)器（例如V2X服務(wù)器），用于最小化傳輸延遲

到目前為止，我們需要為具有不同要求的服務(wù)創(chuàng)建專用切片。并且根據(jù)不同服務(wù)特性將虛擬網(wǎng)絡(luò)功能放置在每個切片中的不同位置（即邊緣云或核心云）。此外，一些網(wǎng)絡(luò)功能例如如計費，策略控制等，在某些切片中可能是必要的，但在其他網(wǎng)絡(luò)切片中不是必需的。運營商可以按照他們想要的方式定制網(wǎng)絡(luò)切片，而且可能是最具成本效益的方式。

如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片之二

（2）邊緣與核心云間的網(wǎng)絡(luò)切片：IP/MPLS-SDN

軟件定義網(wǎng)絡(luò)，盡管在首先介紹的時候是一個很簡單的概念，但現(xiàn)在變得越來越復(fù)雜。就以O(shè)verlay形式為例，SDN技術(shù)能夠在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上提供虛擬機間的網(wǎng)絡(luò)連接。

端到端網(wǎng)絡(luò)切片

首先我們看如何保證邊緣云與核心云的虛擬機間的網(wǎng)絡(luò)連接是安全的，虛擬機間的網(wǎng)絡(luò)需要基于IP/MPLS-SDN和Transport SDN來實現(xiàn)。本文我們主要討論路由器廠商提供的IP/MPLS-SDN。Ericsson和Juniper都提供IP/MPLS SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)產(chǎn)品。操作有些許不同，但基于SDN的虛擬機間的連接是極其相似的。

在核心云中是虛擬化服務(wù)器。 在服務(wù)器的管理程序中，運行內(nèi)置的vRouter / vSwitch。 SDN控制器提供虛擬化服務(wù)器和DC G / W路由器（云數(shù)據(jù)中心中創(chuàng)建MPLS L3 VPN的PE路由器）間的隧道配置，在核心云中的每個虛擬機（例如5G IoT核心）和DC G / W路由器間創(chuàng)建SDN隧道（即MPLS GRE或VXLAN）。

然后，由SDN控制器管理這些隧道和MPLS L3 VPN（例如IoT VPN）之間的映射。該過程在邊緣云中也是一樣，創(chuàng)建一個物聯(lián)網(wǎng)切片從邊緣云連接到IP / MPLS骨干，并一直到核心云。 這個過程可以基于目前為止成熟可用的技術(shù)和標準來實現(xiàn)。

（3）邊緣與核心云間的網(wǎng)絡(luò)切片：IP/MPLS-SDN

現(xiàn)在剩下的是移動前傳網(wǎng)絡(luò)。 我們?nèi)绾卧谶吘壴坪?G RU之間切割這個移動前傳網(wǎng)絡(luò)？ 首先，必須首先定義5G前傳網(wǎng)絡(luò)。大家在討論中存在一些選擇（例如通過重新定義DU和RU的功能來引入新的基于分組的前傳網(wǎng)絡(luò)），但是還沒有做出標準定義。下圖是在ITU IMT 2020工作組中給出的圖示，并給出了虛擬化前傳網(wǎng)絡(luò)的示例。

ITU組織5G C-RAN網(wǎng)絡(luò)切片的示例

5G時代的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)依然發(fā)展變化，一些關(guān)注和問題仍未解決。 因此，我們將跟蹤韓國和世界各地的運營商，供應(yīng)商和標準化組織的技術(shù)更新，以便讓您了解有關(guān)該技術(shù)的最新信息。

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來源：SDNLAB