5G网络切片技术浅析

王宏宇　陈冬梅

摘要：5G网络的一个重要关键技术就是网络切片，它通过在一张物理网络上划分出多个虚拟的“专用”逻辑网络，来提供相互隔离、端到端和按需定制的服务。在应用场景多样、万物互联的5G时代，网络切片能通过服务的形式满足各行业的定制化需求。该文首先简要介绍了网络切片的基本知识，然后对网络切片面临的挑战进行了分析，最后对5G 网络切片的今后应用进行了展望。

关键词：5G;网络切片;车联网;网联无人机

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）15-0054-02

1 引言

随着5G商用化时代的到来，作为5G中关键的技术，网络切片对于5G 具有重要意义。由于4G网络的核心架构是集中式，使其只能对单一移动终端提供服务，无法适应应用场景多样化的万物互联时代。而具有更广连接、更低时延、更可靠性能和更高带宽的5G 移动通信技术，可以实现应用场景多样化的万物互联。网络切片技术作为5G的关键技术之一，使运营商在一张物理网络上可以划分出多个虚拟的端到端逻辑网络，每一个虚拟逻辑网络从核心网到传输网，到接入网，再到接入设备逻辑上是相互隔离的，并根据不同的服务需求，如可靠性、安全性、带宽和时延等来逻辑划分，以灵活应对不同的应用场景如远程医疗、无人驾驶、工业控制等各类行业的各种需求。

2 网络切片概述

2.1 网络切片定义

网络切片是通过在一张物理网络上划分出多个虚拟的“专用”逻辑网络，来提供相互隔离、端到端和按需定制的服务。本质上就是允许多个虚拟逻辑网络在一个共享的物理网络基础设施上运行，即运营商通过划分其网络资源以允许不同的用户复用单个物理硬件基础设施，从而灵活应对多样化的应用场景。相互隔离、按需定制、虚拟化和质量可保证的端到端是网络切片技术具有的重要特征。其中，相互隔离是指每一个虚拟逻辑网络的各种专属资源和服务不会因为其他虚拟逻辑网络的故障或错误而影响其使用，不同的逻辑网络之间是相互隔离的;按需定制是指每个虚拟逻辑网络针对各类行业的各种服务需求提供不同的应用特征予以满足;虚拟化是指每个虚拟逻辑网络是运营商在NFV/SDN通用物理硬件基础设施上划分构建的;质量可保证的端到端是指每个虚拟逻辑网络要从核心网、传输网、接入网，再到接入设备上来实现。每个网络切片即虚拟逻辑网络都包括核心网、传输网、接入网和接入设备的完整网络资源和功能，它通过将这些资源和功能根据不同的应用场景进行按需组合，从而实现逻辑上相互隔离的“专用”逻辑网络。

2.2 关键技术

网络切片实现的技术基础是NFV/SDN技术，它通过NFV/SDN技术，虚拟化5G网络物理资源，以实现网络功能的映射匹配以及软、硬件的分离，从而将各类不同业务需求的应用场景虚拟化为各个相互隔离的“专用”逻辑网络。

NFV即“网络功能虚拟化”（Network Function Vitiualized，NFV），是把电信设备从目前的专用硬件平台迁移到通用的 X86 服务器上。它利用虚拟化技术，将各种网络专用设备的功能，分别以软件方式在标准的服务器、存储等通用硬件上实现，不再局限于专用硬件。从而可以大大降低运营商部署传统网络专用硬件设备的昂贵成本，满足物联网、大数据和云计算等发展的需求。该技术通过软、硬件分离，使不同的业务系统共享硬件资源，新增或缩减硬件可以通过调整虚拟资源的方式实现，增强了系统灵活性，实现了网络及应用的快速部署、灵活扩容和缩容，可以满足5G网络时代的多种应用场景需求。软件定义网络（Software Defined Network， SDN），是一种实现网络虚拟化的方式，也是新型网络架构的一种。它只是一种设计理念，一个体系框架，并不是一种协议，也不是一种技术。使网络系统中的控制和转发分离、开放的编程接口以及集中化的网络控制是SDN的三个基本特征。

NFV和SDN都是通过分离来提高系统的灵活性，在降低企业运营成本和资本性支出等方面具有共同之处，但它们之间并不是相互依赖的关系，两者之间具有很强的互补性，且NFV可以独立于SDN部署，反之亦然。NFV和SDN的区别是：NFV实现的是软件和硬件的分离，而SDN实现的是控制与转发的分离;NFV处理的是对应OSI模型中的传输层、会话层、表达层和应用层，如防火墙、负载均衡等，而SDN处理的是对应OSI模型中的数据链路层和网络层，如路由器、交换机等。当前，NFV已具备商用基础条件，将成为5G网络的底层技术，但SDN由于需要对整个网络架构进行重塑，因此短期内还没法在电信运营商网络中进行商用，可能初期还是以在数据中心网络中应用为主。

3 網络切片的应用

目前，国际主流设备商已经顺利完成5G技术研发试验第一阶段和第二阶段测试，现在已进入第三阶段即系统验证测试阶段。网络切片技术也随之完成了功能性测试，并进入到端到端技术验证阶段。在第一阶段测试中，网络切处技术主要进行切片的多接入、切片选择、切片生命周期管理、切片模板、切片共享、切片维护等共20多个用例测试，测试主要侧重于网络切片技术的功能性。第二阶段主要进行场景测试，测试内容包括：主要业务流程、服务化架构、边缘计算和网络切片等5关键技术。在该阶段测试中，在网络切片原型和试点应用方面，华为、中兴等公司已取得了成功。

《5G网络切片跨行业发展白皮书》为网络切片定义了VR/AR、汽车、航空、医疗、电网、物流、无人机七大应用场景。在智能配电网中华为已成功实现网络切片在其中的应用验证，在电力通信网络系统中通常分为发、输、变、配、用五大环节，其中发电、输电和变电采用自建光纤专网的方式，对于配电和用电通信存在着广覆盖、大连接的特征。所以在配电和用电环节，5G网络切片可以在现有的光纤专网基础上形成低成本、高质量的补充，使智能电网最后5公里的业务智能化。华为基于标准切片设计了一个完整的端到端电力切片架构，以满足电力行业不同业务对通信网络能力的差异化需求，保障电网稳定、可靠、安全运行。

2018年2月中兴通讯发布5G网络切片应用方案，该方案由无线、核心网、承载子切片共同构成，通过贯通全网的切片，提供“敏捷、智能、开放”的切片服务。中国移动在2018年6月也展示了5G网络切片在电力行业、AR/VR和游戏三个方面的应用，特别是中国移动和华为等公司在第十二届音乐盛典咪咕汇期间通力合作，成功实现5G网络切片在全球大型活动直播中的首次应用，直播采用华为业界首发的“端到端5G网络切片”解决方案实现。在巴塞罗那移动通信展期间，爱立信与中国移动开发并演示了基于网络切片技术的新一代5G智能工厂原型。原型演示了模拟智能工厂环境下网络切片技术和5G网络灵活的扩展性结合让生产线升级和产品换型变得很容易。

4 网络切片技术面临的挑战

网络切片是一个端到端的复杂的系统工程，实现起来相当复杂，需要经过三个穿透的网络即接入网络、核心网络、数据和服务网络。当前网络切片技术面临的挑战主要有以下三个方面。

一是在国际标准和定义方面5G网络切片技术还没有统一，在网络切片的运营、维护、部署和定义等方面不同运营商持有不同的观点。不同运营商切片在实际部署中可能会面临着互相操作的问题，如在切片的运营、维护、部署和定义等方面，怎样实现在一个运营商网络的不同厂商设备之间，或者是不同运营商的网络之间，开放运营，统一编排管理，共享切片资源，达到敏捷智能地为用户提供服务并保障客户的一致性体验。

二是在应用示范和原型验证方面5G网络切片技术比较缺乏，现阶段主要进行的是行业应用对5G需求的分析、应用场景的讨论、业务原型的演示等。与传输网和接入网切片比较，核心网切片技术比较成熟，但5G端到端网络切片技术的原型验证和应用示范缺乏。

三是如何开展网络切片经营也是网络切片技术面临的问题。作为主要服务于垂直行业应用的新业务形式，如何将5G的创新网络技术转换为运营商新的商业模式仍有待于进一步验证。另外，为特定服务定制的不同网络切片对于网络可靠性和安全性要求是不一样的，而且由于同一张物理网络上会共存多个切片，也更容易遭受到旁路攻击，这也对网络安全提出了新的挑战。

5 结语

2019年全球正式进入5G时代，很多愿景中的5G应用将逐步成为现实，并被逐一验证，包括云AR/VR、网联无人机、网联汽车、云端机器人等，而且新的技术也有望被逐步广泛应用进而形成新的商务模式。5G网络不仅要规避市场培育阶段的新兴业务投资风险，还要满足大量并行业务上线的需求并实现质量可保证的端到端性能，如以传统专网构建方式，必将浪费大量资源，但通过网络切片技术构建的虚拟专用逻辑网络可以避免此问题，如果某项专网业务没有投资价值运营商通过删除网络切片可以及时退出，有效降低客户投资的风险成本。

参考文献：

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[3] 贺赢，郑建平.网络切片技术为5G业务创新添动力[N].人民邮电报，2018-7-10.

[4] 毛斌宏.5G网络切片管理架构设计探讨[J].移動通信，2018（10）.

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