為什么5G需要網(wǎng)絡(luò )切片以及如何實(shí)現

5G和網(wǎng)絡(luò )切片

當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 )運營(yíng)商，以及Ericsson、Nokia 、Huawei 等設備商都認為網(wǎng)絡(luò )切片是5G時(shí)代的理想網(wǎng)絡(luò )架構。

這個(gè)新技術(shù)可以讓運營(yíng)商在一個(gè)硬件基礎設施切分出多個(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(lèi)型服務(wù)的不同特征需求。

對于每一個(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(zhuān)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，一般來(lái)說(shuō)只為手機做一些優(yōu)化。然而在5G時(shí)代，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )需要服務(wù)各種類(lèi)型和需求的設備。大家提的比較多的應用場(chǎng)景包括移動(dòng)寬帶、大規模物聯(lián)網(wǎng)、任務(wù)關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)。他們都需要不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )，在移動(dòng)性、計費、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)大規模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)連接固定傳感器測量溫度、濕度、降雨量等。不需要移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中那些主要服務(wù)手機的切換、位置更新等特性。另外像自動(dòng)駕駛以及遠程控制機器人等任務(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的主要應用場(chǎng)景

這是不是意味著(zhù)我們需要為每一個(gè)服務(wù)建設一個(gè)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )了？例如，一個(gè)服務(wù)5G手機，一個(gè)服務(wù)5G大規模物聯(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，因為我們可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )切片技術(shù)在一個(gè)獨立的物理網(wǎng)絡(luò )上切分出多個(gè)邏輯的網(wǎng)絡(luò )，這是一個(gè)非常節省成本的做法！

網(wǎng)絡(luò )切片的應用需求

NGMN發(fā)布的5G白皮書(shū)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

我們怎么實(shí)現端到端網(wǎng)絡(luò )切片？

（1）5G的無(wú)線(xiàn)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，主要的設備是手機。RAN（DU和RU）和核心功能由RAN廠(chǎng)商提供的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )設備構建。為了實(shí)現網(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，而不是單獨部署在其專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )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(jìn)行配置。然后，為每個(gè)服務(wù)（即電話(huà)切片、大規模物聯(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)現網(wǎng)絡(luò )切片之一

下圖顯示了每個(gè)服務(wù)專(zhuān)用的應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(huà)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內核沒(méi)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(zhuān)用切片。并且根據不同服務(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(luò )切片中不是必需的。運營(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，但現在變得越來(lái)越復雜。就以Overlay形式為例，SDN技術(shù)能夠在現有的網(wǎng)絡(luò )基礎設施上提供虛擬機間的網(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間的網(wǎng)絡(luò )連接是安全的，虛擬機間的網(wǎng)絡(luò )需要基于IP/MPLS-SDN和Transport SDN來(lái)實(shí)現。本文我們主要討論路由器廠(chǎng)商提供的IP/MPLS-SDN。Ericsson和Juniper都提供IP/MPLS SDN網(wǎng)絡(luò )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(wù)器。 在服務(wù)器的管理程序中，運行內置的vRouter / vSwitch。 SDN控制器提供虛擬化服務(wù)器和DC G / W路由器（云數據中心中創(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（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(guò)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(guò)程可以基于目前為止成熟可用的技術(shù)和標準來(lái)實(shí)現。

（3）邊緣與核心云間的網(wǎng)絡(luò )切片：IP/MPLS-SDN

現在剩下的是移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò )。 我們如何在邊緣云和5G 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(guò)重新定義DU和RU的功能來(lái)引入新的基于分組的前傳網(wǎng)絡(luò )），但是還沒(méi)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(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(wèn)題仍未解決。 因此，我們將跟蹤韓國和世界各地的運營(yíng)商，供應商和標準化組織的技術(shù)更新，以便讓您了解有關(guān)該技術(shù)的最新信息。

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來(lái)源：SDNLAB