5G和網(wǎng)絡切片

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

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

對于每一個網(wǎng)絡切片，像虛擬服務器、網(wǎng)絡帶寬、服務質(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)絡切片

從以往到目前4G網(wǎng)絡，移動網(wǎng)絡主要服務移動手機，一般來說只為手機做一些優(yōu)化。然而在5G時代，移動網(wǎng)絡需要服務各種類型和需求的設備。大家提的比較多的應用場景包括移動寬帶、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)、任務關鍵的物聯(lián)網(wǎng)。他們都需要不同類型的網(wǎng)絡，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)絡中那些主要服務手機的切換、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關鍵的物聯(lián)網(wǎng)服務需要幾毫秒的端到端延時，這就和移動寬帶業(yè)務大不相同。

5G的主要應用場景

這是不是意味著我們需要為每一個服務建設一個專用網(wǎng)絡了?例如，一個服務5G手機，一個服務5G大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，一個服務5G任務關鍵的物聯(lián)網(wǎng)。其實不需要，因為我們可以通過網(wǎng)絡切片技術在一個獨立的物理網(wǎng)絡上切分出多個邏輯的網(wǎng)絡，這是一個非常節(jié)省成本的做法!

網(wǎng)絡切片的應用需求

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

NGMN 5G網(wǎng)絡切片示意圖

我們怎么實現(xiàn)端到端網(wǎng)絡切片?

(1)5G的無線接入網(wǎng)絡和核心網(wǎng)：NFV化

在如今的移動網(wǎng)絡中，主要的設備是手機。RAN(DU和RU)和核心功能由RAN廠商提供的專用網(wǎng)絡設備構建。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡切片，網(wǎng)絡功能虛擬化(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)服務器上的虛擬機，而不是單獨部署在其專用網(wǎng)絡設備。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(即電話切片、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)切片、任務關鍵的物聯(lián)網(wǎng)切片等等)創(chuàng)建切片。

如何實現(xiàn)網(wǎng)絡切片之一

下圖顯示了每個服務專用的應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)和緩存服務器，以及在核心云中虛擬化5G核心(CP)和MVO服務器

(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服務器

(3)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)切片(例如傳感器網(wǎng)絡)：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)任務關鍵的物聯(lián)網(wǎng)切片：在邊緣云中虛擬化5G核心(UP)和相關服務器(例如V2X服務器)，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創(chuàng)建專用切片。并且根據(jù)不同服務特性將虛擬網(wǎng)絡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)絡切片，而且可能是最具成本效益的方式。

如何實現(xiàn)網(wǎng)絡切片之二

(2)邊緣與核心云間的網(wǎng)絡切片：IP/MPLS-SDN

軟件定義網(wǎng)絡，盡管在首先介紹的時候是一個很簡單的概念，但現(xiàn)在變得越來越復雜。就以Overlay形式為例，SDN技術能夠在現(xiàn)有的網(wǎng)絡基礎設施上提供虛擬機間的網(wǎng)絡連接。

端到端網(wǎng)絡切片

首先我們看如何保證邊緣云與核心云的虛擬機間的網(wǎng)絡連接是安全的，虛擬機間的網(wǎng)絡需要基于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)絡架構產(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器。 在服務器的管理程序中，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和標準來實現(xiàn)。

(3)邊緣與核心云間的網(wǎng)絡切片：IP/MPLS-SDN

現(xiàn)在剩下的是移動前傳網(wǎng)絡。 我們?nèi)绾卧谶吘壴坪?G RU之間切割這個移動前傳網(wǎng)絡? 首先，必須首先定義5G前傳網(wǎng)絡。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)，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)絡的示例。

ITU組織5G C-RAN網(wǎng)絡切片的示例

5G時代的網(wǎng)絡切片技術依然發(fā)展變化，一些關注和問題仍未解決。 大家敬請期待