5G网络切片技术是什么

如果说4G网络是一把刀，足可削铁如泥、吹毛断发。那么，5G网络就是一把瑞士军刀，灵活方便、多功能用途。

4G网络主要为智能手机而生。进入5G时代，我们将面临“下一件大事（the next big thing）” — 物联网。无物不联的时代，将有大量的设备接入网络，这些设备分属不同的工业领域，它们具有不同的特点和需求。换句话说，它们对于网络的移动性、安全性、时延、可靠性，甚至是计费方式的需求是不同的。所以，5G网络必须得像瑞士军刀一样灵活方便且具有多功能性。

举两个例子。

用于森林防火的物联网应用中，分布于森林的大量传感器检测温度、湿度和降水，它们是静止不动的，它们并不需要像智能手机一样需要切换、位置更新等移动性管理。一份NOKIA的报告显示，预计5G网络中有70%的设备是静止不动的，而移动用户仅占30%。

当5G应用于无人驾驶、远程机器人控制等领域中，则要求超低的端到端时延，这个时延比智能手机无线上网的时延要低得多，通常不能超过几毫秒。

所以，面向不同的应用领域，5G网络得像瑞士军刀一样。怎么办？当全世界都在谈5G的时候，通信业界里谈论得最多的是 —— 5G网络切片技术（Network Slicing）。网络切片，已成为中国移动，韩国KT、SK电信，日本KDDI 和NTT，以及爱立信、诺基亚、华为等设备商公认的最理想的5G网络构架。

什么是网络切片？最简单的理解，就是将一个物理网络切割成多个虚拟的端到端的网络，每个虚拟网络之间，包括网络内的设备、接入、传输和核心网，是逻辑独立的，任何一个虚拟网络发生故障都不会影响到其它虚拟网络。每个虚拟网络就像是瑞士军刀上的钳子、锯子一样，具备不同的功能特点，面向不同的需求和服务。

或者可以这么说，就像你安装电脑的时候，将你的物理硬盘分区，划分成C盘、D盘、E盘…

为了进一步了解5G网络切片，我们先将5G网络的应用场景划分为三类：移动宽带、海量物联网（Massive IoT）和任务关键性物联网（Mission-critical IoT）。

如上表所示，5G网络的三类应用场景的服务需求是不一样的：

1）移动宽带

5G时代将面向4K/8K超高清视频、全息技术、增强现实/虚拟现实等应用，移动宽带的主要需求是更高的数据容量。

2）海量物联网

海量传感器部署于测量、建筑、农业、物流、智慧城市、家庭等领域，这些传感器设备是非常密集的，大部分是静止的。

3）任务关键性物联网

任务关键性物联网主要应用于无人驾驶、自动工厂、智能电网等领域，主要需求是超低时延和高可靠性。

4G网络主要服务于人，连接网络的主要设备是智能手机，不需要网络切片以面向不同的应用场景。

5G时代，不同领域的不同设备大量接入网络，网络将面向三类应用场景：移动宽带、海量物联网和任务关键性物联网。

如何网络切片呢？我们并不需要为每一类应用场景构建一个网络，所以，它不是这样的。..

我们要做的是，将一个物理网络分成多个虚拟的逻辑网络，每一个虚拟网络对应不同的应用场景，这就叫网络切片。

5G白皮书里关于网络切片的架构是这样的：

我们将如何完成端到端的网络切片呢？上面的内容太抽象，在实际的网络部署中我们是怎么做的呢？

1）5G无线接入网和核心网：NFV

目前4G网络中主要终端设备是手机，网络中的无线接入网部分（包括数字单元（DU）和射频单元（RU））和核心网部分都采用设备商提供的专用设备。

如下图：

为了实现网络切片，网络功能虚拟化（NFV，Network Function Virtualization）是先决条件。本质上讲，所谓NFV，就是将网络中的专用设备的软硬件功能（比如核心网中的MME， S/P-GW和PCRF，无线接入网中的数字单元DU等）转移到虚拟主机（VMs，Virtual Machines）上。这些虚拟主机是基于行业标准的商用服务器，它们是COTS商用现成产品，低成本且安装简便。 简单的说，就是用基于行业标准的服务器、存储和网络设备，来取代网络中的专用的网元设备。

网络经过功能虚拟化后，无线接入网部分叫边缘云（Edge Cloud），而核心网部分叫核心云（Core Cloud）。边缘云中的VMs和核心云中的VMs，通过SDN（软件定义网络）互联互通。

这样，网络采用NFV和SDN后，执行切片就非常容易了，像切面包一样水平将网络“切”成多个虚拟子网络（片）就可以了。

如上图所示，针对不同的应用场景，网络被“切”成4“片”：

高清视频切片：原来网络中数字单元（DU）和部分核心网功能被虚拟化后，加上存储服务器，统一放入边缘云。而部分被虚拟化的核心网功能放入核心云。

手机切片：原网络无线接入部分的数字单元（DU）被虚拟化后，放入边缘云。而原网络的核心网功能，包括IMS，被虚拟化后放入核心云。

海量物联网切片：由于大部分传感器都是静止不动的，并不需要移动性管理，在这一切片里，核心云的任务相对轻松简单。

任务关键性物联网切片：由于对时延要求很高，为了最小化端到端时延，原网络的核心网功能和相关服务器均下沉到边缘云。

网络结构是这样的：

当然，网络切片技术并不仅限于这几类切片，它是灵活的，运营商可以随心所欲的根据应用场景定制自己的虚拟网络。

2）边缘云与核心云的连接： IP/MPLS-SDN

5G切片网络通过SDN连接边缘云和核心云里的VMs。核心云里有虚拟化的服务器，服务器的Hypervisor里运行着内置的vRouter/vSwitch，SDN控制器负责在虚拟服务器与DC G/W路由器之间创建SDN tunnels，随后，SDN控制器执行SDN tunnels和MPLS L3 VPN之间的映射，从而建立核心云与边缘云之间的连接。

3）边缘云与基站射频单元的网络切片

现在，我们来到前传部分。如何完成5G 射频单元（RU）与边缘云之间（前传）部分的切片？首先需要定义5G前传的标准，目前并没有统一的标准。下图是国际电信联盟（ITU）5G移动通信标准研究小组（Focus Group on IMT-2020）曾提出的一个虚拟化前传的结构图，有兴趣可以看看：

这就是5G网络切片技术，有了它，5G才会成为无线网络领域锋利的瑞士军刀。