在全球經(jīng)濟(jì)進(jìn)入數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，5G網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)字化社會的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，將不再局限于傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，滿足各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求是5G網(wǎng)絡(luò)即將承擔(dān)的新使命。垂直行業(yè)客戶加速向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，而轉(zhuǎn)型的基石是數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)鏈接,行業(yè)客戶的生產(chǎn)園區(qū)及業(yè)務(wù)場景對無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量、時延要求、上行容量、數(shù)據(jù)保密性、設(shè)備移動性、網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)的要求均高于公共大網(wǎng)，并且傳統(tǒng)電信的商業(yè)模式無法滿足行業(yè)用戶的需求，因此特定場景需要定制化、綜合型、靈活便捷的無線專用網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)切片作為5G關(guān)鍵技術(shù)之一，是實現(xiàn)行業(yè)專網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)切片

3GPP與5G-ACIA定義的5G垂直行業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)包含四個主要場景，用于指導(dǎo)組織機構(gòu)如何申請并部署自己的5G專用網(wǎng)絡(luò)，也包括獨立部署專用網(wǎng)絡(luò)和非獨立部署專用網(wǎng)絡(luò)。獨立部署專用網(wǎng)絡(luò)指獨立部署一套物理專用網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)與公網(wǎng)復(fù)用資源和互動程度進(jìn)行劃分，非獨立部署包含共享RAN、共享RAN與控制面、完全公網(wǎng)部署（網(wǎng)絡(luò)切片）三個場景，其中網(wǎng)絡(luò)切片又分為Group A/B/C三個選項。

Group A：完全不共享。每個切片完全獨立，分別擁有各自完整的控制面與用戶面功能實體。

Group B：控制面功能部分共享。部分控制面功能（如移動性管理、鑒權(quán)功能）在切片間共享，其余的控制面功能（如會話管理）與用戶面功能則是各切片專用的。此架構(gòu)支持用戶在同一時間接入控制面功能部分共享的多個網(wǎng)絡(luò)切片。此架構(gòu)的切片隔離性最好，但用戶在同一時間只能接入一個網(wǎng)絡(luò)切片。

Group C：控制面功能完全共享。各切片的控制面功能完全共享，只有用戶面功能是各切片專用。此架構(gòu)的隔離性最差，只在用戶面實現(xiàn)了隔離，此架構(gòu)也支持用戶在同一時間接入控制面功能完全共享的多個網(wǎng)絡(luò)切片。

非獨立部署專用網(wǎng)絡(luò)主要關(guān)注場景三端到端網(wǎng)絡(luò)切片實現(xiàn)與應(yīng)用，強調(diào)在公用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，在滿足用戶業(yè)務(wù)特性需求的前提下（如信息保密等級等），為用戶制定一張從接入到傳輸?shù)胶诵亩说蕉藢俚倪壿媽Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)切片的發(fā)展歷程

從2015年開始，3GPP啟動了5G相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)研究和制定工作，并計劃在R14-R16這三個大版本中完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。網(wǎng)絡(luò)切片作為5G的重要技術(shù)，3GPP最早在R14階段由SA1的TR 22.864報告中提出了網(wǎng)絡(luò)切片的需求，隨后SA2在TR 23.799中對網(wǎng)絡(luò)切片方案進(jìn)行了初步研究，在R15階段SA2正式把切片的相關(guān)概念、方案寫入了TS 23.501中。SA5對于切片管理進(jìn)行了研究并進(jìn)行了網(wǎng)管設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化，SA3則負(fù)責(zé)研究切片的安全方面的問題。3GPP在TR28.801定義了通信服務(wù)管理功能（CSMF，Communication Service Management Function）、網(wǎng)絡(luò)切片管理功能（NSMF，Network Slice Management Function）、網(wǎng)絡(luò)子切片管理功能（NSSMF，Network Slice Subnet Management Function），三者協(xié)同完成網(wǎng)絡(luò)切片端到端設(shè)計和實例化部署。此外RAN接入網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)也進(jìn)行了研究和探討，并最終在RAN側(cè)支持網(wǎng)絡(luò)切片功能，實現(xiàn)端到端的切片。R17可能會繼續(xù)深入研究RAN切片升級規(guī)范等內(nèi)容，同時更新現(xiàn)有協(xié)議并涵蓋更多的新技術(shù)。受疫情影響，3GPP近日宣布將下兩批5G相關(guān)技術(shù)協(xié)議的發(fā)布推遲3個月，根據(jù)新時間表，第三階段的R16規(guī)范將于6月完成，隨后R17的預(yù)定日期將推遲到2021年12月。

除了3GPP，目前ITU、MGMN、ETSI等主要標(biāo)準(zhǔn)組織都先后開展了網(wǎng)絡(luò)切片的標(biāo)準(zhǔn)化研究，但目前這些組織對于切片的研究主要還是停留在架構(gòu)、需求等較高的層次，關(guān)于切片的實現(xiàn)等較具體的內(nèi)容目前主要還是由3GPP負(fù)責(zé)制定。

端到端網(wǎng)絡(luò)切片

1、端到端網(wǎng)絡(luò)切片的概念

5G網(wǎng)絡(luò)切片是針對業(yè)務(wù)差異化、多租戶需求提供的一類解決方案技術(shù)的統(tǒng)稱，旨在通過功能、性能、隔離和運維等多方面的靈活設(shè)計，使得運營商能夠基于垂直行業(yè)的需求創(chuàng)建定制化的專用網(wǎng)絡(luò)。3GPP TS38.300標(biāo)準(zhǔn)中定義，網(wǎng)絡(luò)切片是一個允許根據(jù)每個客戶要求進(jìn)行差異化處理的概念。通過切片，移動網(wǎng)絡(luò)運營商（MNO）可以將客戶視為屬于不同的租戶類型，每個租戶都有不同的服務(wù)要求，這些要求根據(jù)服務(wù)級別協(xié)議（SLA，Service level Agreement）和訂閱來決定每個租戶有資格使用的切片類型。

從本質(zhì)上講，5G網(wǎng)絡(luò)切片是將5G物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)稱之為網(wǎng)絡(luò)切片，每個切片都擁有自己獨立的網(wǎng)絡(luò)資源和管控能力，根據(jù)不同的服務(wù)需求如時延、帶寬、安全性和可靠性等來劃分，以靈活地應(yīng)對不同地網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景。在5G時代，應(yīng)用場景多樣化，使用一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來同時滿足所有的服務(wù)請求效率低也不易實現(xiàn)。通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在一個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)上切分出多個邏輯網(wǎng)絡(luò)，從而避免了為每一個服務(wù)建設(shè)一個專用的物理網(wǎng)絡(luò)[1]。

網(wǎng)絡(luò)切片的價值在于網(wǎng)絡(luò)切片即服務(wù)（Network Slice as a Service），可以為不同垂直行業(yè)提供不同、相互隔離、功能可定制的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實現(xiàn)客戶定制化網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計、部署和運維。用戶性能可以得到保障，租戶會與運營商簽訂服務(wù)合同，其中規(guī)定了租戶使用的業(yè)務(wù)所對應(yīng)的SLA。SLA通常包括安全性/私密性、可見性/可管理性、可靠性/可用性，以及具體的業(yè)務(wù)特征（業(yè)務(wù)類型、空口需求、定制化網(wǎng)絡(luò)功能等）和相應(yīng)的性能指標(biāo)（時延、吞吐率、丟包率、掉話率等），同時拉通各域來實現(xiàn)端到端SLA保證。

2、網(wǎng)絡(luò)切片的整體架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)切片是一種按需組網(wǎng)的方式，可以讓運營商在統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施上分離出多個虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)切片從無線接入網(wǎng)承載網(wǎng)再到核心網(wǎng)上進(jìn)行邏輯隔離，以適配各種各樣類型的應(yīng)用。垂直行業(yè)提供各種類型的可保證的網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)，是端到端網(wǎng)絡(luò)切片整體架構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)切片可基于傳統(tǒng)的專有硬件構(gòu)建，也可基于NFV/SDN的通用基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建。為了實現(xiàn)低成本高效運營，應(yīng)盡可能采用統(tǒng)一基礎(chǔ)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)切片的整體架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、網(wǎng)絡(luò)切片管理層及網(wǎng)絡(luò)切片層（運行在基礎(chǔ)設(shè)施之上的網(wǎng)絡(luò)切片實例）組成。如圖1所示，其中基礎(chǔ)設(shè)施層為網(wǎng)絡(luò)切片提供所需的資源和基礎(chǔ)能力；網(wǎng)絡(luò)切片層基于基礎(chǔ)設(shè)施層，聚合所需要的網(wǎng)絡(luò)功能形成端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)切片實例）；切片管理層負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)切片生命周期的管理，保障網(wǎng)絡(luò)切片實例可滿足垂直行業(yè)提出的業(yè)務(wù)性能相關(guān)的指標(biāo)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)切片整體架構(gòu)圖

3、網(wǎng)絡(luò)切片的優(yōu)點

第一，最優(yōu)化。根據(jù)業(yè)務(wù)場景需求對所需網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行定制化裁剪和靈活組網(wǎng)，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)路由，使得網(wǎng)絡(luò)資源的利用達(dá)到最優(yōu)化。由于每個切片都是根據(jù)該服務(wù)或使用該切片的服務(wù)所需要的交付復(fù)雜性進(jìn)行定制的，因此切片網(wǎng)絡(luò)還允許更深入地了解有關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源的利用情況。

第二，動態(tài)性。網(wǎng)絡(luò)切片能夠滿足用戶的動態(tài)需求，例如用戶臨時提出某種業(yè)務(wù)需求，網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)分配資源的能力，從而提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

第三，安全性。通過網(wǎng)絡(luò)切片，可以將當(dāng)前某個業(yè)務(wù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)資源與其它業(yè)務(wù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)資源區(qū)分開、隔離開，每個分片的擁塞、過載、配置的調(diào)整不影響其他分片，增強整體網(wǎng)絡(luò)的健壯性和可靠性，保證當(dāng)前業(yè)務(wù)質(zhì)量的同時也提供了可靠的安全保護(hù)機制。

第四，靈活性。業(yè)務(wù)需求和用戶數(shù)量可能出現(xiàn)動態(tài)變化，網(wǎng)絡(luò)切片需要彈性和靈活的擴(kuò)展，比如必要時可以將一個網(wǎng)絡(luò)切片與其它網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行融合，以更靈活地適配用戶動態(tài)的業(yè)務(wù)需求，對用戶而言，這種彈性的使用方式還使得根據(jù)使用量計費成為可能。

垂直行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)需求

不同行業(yè)對網(wǎng)絡(luò)的要求是多樣化的，例如智能家居、智能電網(wǎng)、智能農(nóng)業(yè)和智能抄表需要大量的額外連接和頻繁傳輸小型數(shù)據(jù)包的服務(wù)支撐，自動駕駛和工業(yè)控制要求毫秒級時延和接近100%的可靠性，在工業(yè)應(yīng)用中，端到端等待時間的要求范圍在1000毫秒到5毫秒以下，而對于任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用則需要后者，運動控制更需要實時傳輸，而娛樂信息服務(wù)則要求高質(zhì)量的固定或移動寬帶連接。同時從網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量角度考慮，垂直行業(yè)用戶更希望網(wǎng)絡(luò)保持一個穩(wěn)定的、可預(yù)測的服務(wù)質(zhì)量，如果跟公眾移動寬帶網(wǎng)絡(luò)或其它垂直行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)混和使用的話，可用帶寬將無法保障，因此垂直行業(yè)更希望能獨占頻譜，這樣可用性、安全性都會更高。

垂直行業(yè)對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求表明，5G網(wǎng)絡(luò)需要更加靈活以支撐不同業(yè)務(wù)場景和環(huán)境下的差異性連接，而5G網(wǎng)絡(luò)切片就是打造定制化的5網(wǎng)絡(luò)專用通道，針對不同的業(yè)務(wù)場景需求提供差異化的專屬跑道，使運營商以更靈活高效的方式滿足垂直行業(yè)用戶的多樣性需求。

5G網(wǎng)絡(luò)切片在垂直行業(yè)中的應(yīng)用

5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)賦能垂直行業(yè)，可實現(xiàn)定制化的網(wǎng)絡(luò)提供，讓很多不可能的應(yīng)用變成可能。以下對電力、自動駕駛、工業(yè)三個行業(yè)進(jìn)行分析。

1、電力

智能電網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求廣泛，包含eMBB、uRLLC和mMTC三大場景，同時對網(wǎng)絡(luò)安全可靠性要求較高，采用不同的網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)，可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)特點更有針對性地解決智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)釆集傳遞等通信傳輸需求。5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可實現(xiàn)超大帶寬、端到端低延遲、海量連接、廣域覆蓋和非視距傳輸，可充分滿足智能電網(wǎng)對通信網(wǎng)絡(luò)的需求。5G網(wǎng)絡(luò)切片也有對應(yīng)的能力匹配，促成了比特與瓦特的強強聯(lián)手。雖然智能電網(wǎng)的應(yīng)用還處在一個初級階段，但是電力行業(yè)對5G網(wǎng)絡(luò)高度關(guān)注，未來將會有更多有關(guān)5G電力切片應(yīng)用的研究。

2、自動駕駛

業(yè)界對車輛間通信的研究要遠(yuǎn)早于5G的相關(guān)研究。利用車輛內(nèi)傳感器（如照相機、雷達(dá)和激光）也可以實現(xiàn)自動駕駛。但是5G提供的嚴(yán)格低延遲高可靠傳輸可以將車輛通信帶入下一個更高的等級，例如從輔助駕駛到協(xié)作自動化駕駛。車輛通信依賴于一張廣泛覆蓋的移動通信網(wǎng)絡(luò)，包括對高功率、遠(yuǎn)郊和鄉(xiāng)野的覆蓋。因此，運營商對自動駕駛行業(yè)的生態(tài)發(fā)展來說是至關(guān)重要的角色。出于安全考慮，自動駕駛公司可能會發(fā)展其私有的云環(huán)境來加載自動駕駛應(yīng)用。為了解決性能需求，垂直行業(yè)客戶必須與運營商實現(xiàn)資源和服務(wù)的無縫整合。

3、工業(yè)4.0

受IoT、工業(yè)自動化和云計算等技術(shù)發(fā)展的影響，制造業(yè)也正在經(jīng)歷數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程。制造商通常同時具備其生態(tài)系統(tǒng)中多種不同的業(yè)務(wù)角色，一方面他們可能是外部客戶的供應(yīng)商，提供機械組件、技術(shù)方案等；另一方面，他們也是其他解決方案的使用者，例如數(shù)字化平臺。尤其是對于工業(yè)機器控制等應(yīng)用，工業(yè)園區(qū)中的通信通常是受限的。制造商將通過利用自己的云資源使用更嚴(yán)格的專用網(wǎng)絡(luò)，由于制造業(yè)的業(yè)務(wù)范圍呈國際化，甚至可能分布在不同的國家，因此打造全球性網(wǎng)絡(luò)切片對于這種用例就至關(guān)重要。此外，全球網(wǎng)絡(luò)切片概念還將為垂直客戶帶來業(yè)務(wù)發(fā)展方面的增值，因為在一個統(tǒng)一的平臺下，可以屏蔽不同管理域之間業(yè)務(wù)談判的復(fù)雜性。

5G網(wǎng)絡(luò)切片的應(yīng)用發(fā)展前景

隨著5G時代行業(yè)專網(wǎng)的發(fā)展，運營商將面臨更大的挑戰(zhàn)，能力、頻段和標(biāo)準(zhǔn)三者缺一不可，行業(yè)專網(wǎng)是拓展行業(yè)市場的重要抓手，通過行業(yè)專網(wǎng)，可以將個人用戶上網(wǎng)需求與企業(yè)上云需求結(jié)合起來，實現(xiàn)個人業(yè)務(wù)與政企業(yè)務(wù)的融合，此外還可以充分發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)切片能力和邊緣計算能力，實現(xiàn)面向行業(yè)客戶的云網(wǎng)融合。網(wǎng)絡(luò)切片作為5G關(guān)鍵技術(shù)之一，符合行業(yè)專網(wǎng)的需求，同時具備運營商的獨特優(yōu)勢，因此網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)成為行業(yè)專網(wǎng)的首選方案。網(wǎng)絡(luò)切片允許靈活的系統(tǒng)架構(gòu)來處理垂直行業(yè)的差異化需求，電信運營商應(yīng)該充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)連接的優(yōu)勢，通過深度融合不斷提升電信行業(yè)與垂直行業(yè)的融合創(chuàng)新力度，與垂直行業(yè)共同探索5G應(yīng)用對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)切片模式，激發(fā)網(wǎng)絡(luò)切片賦能垂直行業(yè)的活力。
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