為什么5G需要網(wǎng)絡(luò)切片以及如何實(shí)現(xiàn)

5G和網(wǎng)絡(luò)切片

當(dāng)5G被廣泛提及的時(shí)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(yùn)營(yíng)商，以及Ericsson、Nokia 、Huawei 等設(shè)備商都認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)切片是5G時(shí)代的理想網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

這個(gè)新技術(shù)可以讓運(yùn)營(yíng)商在一個(gè)硬件基礎(chǔ)設(shè)施切分出多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)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(duì)于每一個(gè)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(gè)切片的錯(cuò)誤或故障不會(huì)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)移動(dòng)手機(jī)，一般來說只為手機(jī)做一些優(yōu)化。然而在5G時(shí)代，移動(dòng)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(chǎng)景包括移動(dòng)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(dòng)性、計(jì)費(fèi)、安全、策略控制、延時(shí)、可靠性等方面有各不相同的要求。

例如一個(gè)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)連接固定傳感器測(cè)量溫度、濕度、降雨量等。不需要移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中那些主要服務(wù)手機(jī)的切換、位置更新等特性。另外像自動(dòng)駕駛以及遠(yuǎn)程控制機(jī)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(shí)，這就和移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)大不相同。

5G的主要應(yīng)用場(chǎng)景

這是不是意味著我們需要為每一個(gè)服務(wù)建設(shè)一個(gè)專用網(wǎng)絡(luò)了?例如，一個(gè)服務(wù)5G手機(jī)，一個(gè)服務(wù)5G大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，一個(gè)服務(wù)5G任務(wù)關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)。其實(shí)不需要，因?yàn)槲覀兛梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在一個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò)上切分出多個(gè)邏輯的網(wǎng)絡(luò)，這是一個(gè)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?cè)趺磳?shí)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，主要的設(shè)備是手機(jī)。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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)是一個(gè)先決條件?；旧?，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(jī)，而不是單獨(dú)部署在其專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。這樣，RAN當(dāng)作邊緣云，而核心功能當(dāng)作核心云。位于邊緣和核心云中的VM之間的連接使用SDN進(jìn)行配置。然后，為每個(gè)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片之一

下圖顯示了每個(gè)服務(wù)專用的應(yīng)用程序如何可以虛擬化并安裝在每個(gè)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(dòng)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(gè)簡(jiǎn)單輕便的5G內(nèi)核沒有移動(dòng)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(gè)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(jì)費(fèi)，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(yùn)營(yíng)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(shí)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(shí)候是一個(gè)很簡(jiǎn)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(jī)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(jī)間的網(wǎng)絡(luò)連接是安全的，虛擬機(jī)間的網(wǎng)絡(luò)需要基于IP/MPLS-SDN和Transport SDN來實(shí)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(jī)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(yùn)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(gè)虛擬機(jī)(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(gè)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(gè)過程可以基于目前為止成熟可用的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)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(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)。 我們?nèi)绾卧谶吘壴坪?G RU之間切割這個(gè)移動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(guó)和世界各地的運(yùn)營(yíng)商，供應(yīng)商和標(biāo)準(zhǔn)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。