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摘要：目前5G网络技术的各类标准正在加紧研发过程中，各方对5G普遍达成的共识是：进入5G之后通信场景将变得多元化和复杂化，物与物之间的通信将迅猛发展，大大超越人与人之间的通信需求。显而易见的是，传统的蜂窝网络和“一刀切”的模式已经不能满足5G时代各行各业对网络的不同需求。在未来的5G系统中，网络将被进一步抽象为“网络切片”，从而支持成千上万个用例、众多用户类型和各种应用的使用。
关键词：5G；SDN；云服务
1 5G网络切片技术的需求
与现有网络相比，5G网络将在速度、容量、安全性、延迟和对电池寿命影响等性能方面实现显著提升：网络流量将会增加1000倍，需要连接的设备将会增加100倍，有些应用程序要求的速率将是现有网络平均速率的100倍，有些人会要求近乎零延迟，同时整个系统将努力使电池寿命延长到10年。
当然，并不是所有的5G应用都需要网络速度超级快、超智能，并拥有支持各种类型终端设备的能力。在2015年6月召开的ITU-R WP5D第22次会议上，ITU确定了5G的名称、愿景和时间表等关键内容，定义了3个主要应用场景：一是移动宽带，二是大规模机器通信，三是高可靠低时延通信。上述应用对速度、容量、覆盖率、安全性等都有不同的要求，这就需要5G网络以灵活的方式构建，运营商则可以对速率、容量和覆盖率等网络性能指标进行灵活调整和组合，从而满足不同应用的个性化需求。
2 5G网络切片实现按需组网
5G“网络切片”是一种按需组网的方式，它基于虚拟化演进分组核心网（vEPC），利用逻辑而非物理资源，为运营商带来能根据不断变化的用户需求进行调整，并快速满足新型应用需求的新服务。从实现原理来看，“网络切片”利用虚拟化技术，将5G网络物理基础设施资源根据场景需求虚拟化为多个相互独立的平行的虚拟“网络切片”。这种连接服务通过定制软件实现功能定义，这些软件功能包括地理覆盖区域、持续时间、容量、速度、延迟、可靠性、安全性和可用性等。每个“网络切片”按照业务场景的需要和话务模型进行网络功能的定制裁剪及相应网络功能的编排管理。一个“网络切片”可以视为一个实例化的5G核心网络架构，在一个“网络切片”内，运营商还可以进一步对虚拟资源进行灵活分割，从而实现“按需组网”。
在5G“网络切片”中，网络编排是非常重要的功能模块。网络编排功能实现对“网络切片”的创建、管理和撤销。运营商首先根据业务场景需求生成网络切片模板，切片模板包括该业务场景所需的网络功能模块、各网络功能模块之间的接口以及这些功能模块所需的网络资源，然后网络编排功能根据该切片模版申请网络资源，并在申请到的资源上实例化创建虚拟网络功能模块的接口。
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网络编排功能模块能够对形成的“网络切片”进行监督管理，允许根据实际业务量，对网络资源的分配进行扩容、缩容和动态调整，并在生命周期到期后撤销“网络切片”。可以通过大数据驱动的网络优化来促使“网络切片”划分和网络资源分配更为合理，并实现自动化运维，及时响应网络和业务的变化，保证用户体验和提高网络资源利用率。
3 SDN及NFV技术成为关键的推动因素
强大的“网络切片”功能背后，离不开一系列成熟可用的技术的支持：云计算、软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）可提供一系列工具，使架构师能够抽象地打造系统，提高网络灵活性；允许垂直系统被细分为多个构建块，形成可连接、可程序化和虚拟化的水平网络架构，通过可编程将连接作为服务提供。
此外，设备的特性各有不同，需要以智能的方式连接起来，最大限度地减少信令，最大化休眠周期和精简数据传输，只为给定服务发送信息。而无线接入、终端设备、E2E（端到端）安全性、管理和协调、能效、灵活性和稳定性等因素也非常关键。因此E2E之间需要具有高安全性，从而可以信任从多个来源重新整合的服务；管理系统需要进行调整以实现对终端连接的货币化；网络需要同时支持多个RAT，无线环境需要支持服务的灵活性，同时保持对成本和能耗的控制。
4网络切片技术的典型应用
4.1移动宽带业务
LTE等移动宽带技术将继续发展，在2020年之后成为整体无线接入解决方案的中坚力量，在任何地方都可提供几十Mbps的数据速率，在城市和郊区甚至高达几百Mbps。在移动宽带的用例中，智能天线（包括可控天线元件、频谱及基站间的协调）将有助于为5G用户提供这些等级的服务。
4.2做媒体业务
根据国际权威机构的调查，到2020年，视频设备将达到150亿部，其中很多将用于机器监测、远程医疗、安全控制、监控以及图像识别等工业视频设备，大量的数据将由上下行链路进行传输。5G系统不仅需要支持远程医疗等用例的近零延迟互动，还需要支持延时要求比较宽松、更经济且无线资源利用效率更高的业务的运行。同时，由于大量视频将通过网络上传，因此上行链路视频将会变得更为重要。摄像头及可穿戴设备等都将配备5G发射器，实现上行链路视频流媒体的持续播放。
视频将会成为警察、消防队及救护车等应急服务机构和人员的重要工具。高效且超低延迟的群呼业务媒体交付，或者延时要求比较宽松的告警消息的发布，均会为所有救援行动小组提供相同的媒体信息。这类用例需要一定的上下行链路网络容量，还需要网络具备超高可用性及高速移动性。同时，这些特性的提供方式将会更加经济有效且节约资源，因此仅在需要时才会采用资源密集型运行模式。
4.3机器类通信
机器类通信（MTC）的要求不尽相同，可以分为大规模MTC和关键MTC。其中，大规模MTC包括建筑物及基础设施的监测和自动化、智慧农业、物流、追踪以及车队管理，一般而言，其设备和传输模式都较为简单，设备传输距离较长，可以使用电池运行。目前的LTE已经具备了处理MTC特定需求的功能，而5G无线接入有望进一步完善，如支持设备对设备通信等不同的传输模式，与移动宽带服务之间实现无线资源的灵活共享，放宽对MTC设备的要求，如数据速率、限定带宽、限定峰值速率以及半双工操作等。
关键机器类通信均进行实时监测及控制，要求实现端到端（E2E）、低延迟（仅数毫秒），且对可靠性要求很高。智能电网中的能量分布自动化就是典型用例，该用例中的能源不稳定且较为分散，电网要利用能源需求管理。不稳定能源供应的动态，避免电网故障的发生。5G系统提供的无线接入可以保证低延迟，而且“网络切片”可以进行配置，将网络及应用功能物理置入网络，确保E2E的低延迟、可靠性以及冗余。
5总结
爱立信目前在“网络切片”上已经拥有了商用案例。例如，2015年7月，爱立信宣布携手SK电讯针对5G“网络切片”开展合作，携手开发部署专为5G业务优化的“网络切片”技术。作为核心网与无线网下一步发展的关键，“网络切片”可以根据具体的用例、应用以及用户需求提供连接并进行调整和优化，对于高效利用网络资源、支持5G业务多样化、推动5G业务创新和技术演进将发挥重要作用。展望未来，“网络切片”将成为5G网络演进的必由之路。
参考文献：
[1] 赵慧玲，史凡．SDN/NFV的发展与挑战[J]．电信科学，2014（8）：13—18
[2] 赵慧玲，解云鹏，胡晓娟．网络功能虚拟化标准及技术探讨[J].中兴通讯技术，2015（4）：45—50
论文作者:王挺
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/1
标签：网络论文; 切片论文; 功能论文; 业务论文; 需求论文; 设备论文; 技术论文; 《基层建设》2017年第33期论文;