5G网络,切片才好用!

原创 传感器技术 2021-07-13 07:00

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,甚至是计费方式有了更高的要求。
为满足这些需求,5G 网络通过对实际网络的资源和功能进行划分,形成了不同的网络切片。每个切片可以被看作是一个逻辑网络,是实现网络灵活性和可扩展性的关键技术之一,在提高网络安全性的同时, 降低了网络运营投资成本。
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。


网络切片技术的定义

网络切片是将一个物理网络切割成多个虚拟的端到端网络,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其他虚拟网络。
依据应用场景可将 5G网络分为 3 类:移动宽带、海量物联网和任务关键性物联网。由于 5G 网络的3 类应用场景的服务需求不同,且不同领域的不同设备大量接入网络,这时网络切片就可以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,从而满足不同的需求。
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。
网络切片要做的就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。
网络切片是怎么个切法  

实际上,从2G到4G网络只是实现了单一的电话或上网需求,却无法满足随着海量数据而来的新业务需求,且传统网络改造起来非常麻烦;而5G可以说是为了应用而生,需要面向多连接与多样化业务,需要部署更灵活,还要分类管理,而网络切片正是这样一种按需组网的方式。
就像上面这张图展示的那样,运营商在同一的基础设施上“切”出多个虚拟网络,每个网络切片从无线接入网到承载网再到核心网,都是逻辑上隔离,且每个网络切片至少包括无线子切片、承载子切片和核心网子切片,以适配各类业务与应用。可以说,网络切片做到了端到端的按需定制并保证隔离性。
那么,如何实现端到端的网络切片呢?NFV是先决条件。比如核心网,NFV先从传统网络设备中分离软硬件,硬件由通用服务器统一管理,软件则由不同的NF承担,以实现灵活满足业务需求。这样看来,“切”这个动作实际上就是在进行资源重组。
重组的依据是什么呢?其实,是根据SLA(服务等级协议)为指定的通信服务类型,选择它需要的虚拟和物理资源。这里,SLA包括了用户数,QoS,带宽等多项参数,且不同的SLA将定义不同的通信服务类型。
当然,这并不是说我们需要为每一个服务都建一个专用网络,因为网络切片技术在一个独立的物理网络上,可以切分出多个逻辑网络,所以说它真的非常节省成本!因此,我们说在一个网络中,切片越多加载的应用越多,意味着其网络价值越大,性价比也就越高。
目前,5G几个主流的应用场景,包括eMBB、uRLLC、mMTC三个通信服务类型,当然还有公认的5G未来杀手级应用之一的VR、AR,自动驾驶,无人机,智能电网,无线医疗,5G将提供适配不同领域需求的网络连接特性,推动各行业的能力提升与转型。
例如在自动驾驶中,其所依赖的V2X通信,需要的是低延迟却不一定需要高吞吐量,在汽车行驶时观看的媒体服务需要高吞吐量且容易受到延迟影响,两者都可以通过虚拟网络切片上的相同公共物理网络传送,以优化物理网络的使用。
又或者在智能电网,用5G网络切片承载电网业务是一种全新的尝试,将运营商的网络资源以相互隔离的逻辑网络切片,按需提供给电网公司,可以应用在智能电网用电信息采集、分布式电源、电动汽车充电桩控制精准负荷控制等关键业务中,满足电网不同业务对通信网络能力的差异化需求。

网络切片的分类及应用


不同的场景对网络有不同的要求, 如果使用单个网络为不同的应用场景提供服务,可能会导致复杂的网络架构、低效的网络管理和低效的资源利用。5G 网络切片技术为不同的应用场景提供隔离的网络环境,使不同的应用场景可以根据自身要求定制功能与特性。

5G 网络切片的目标是结合终端设备、接入网资源、核心网资源、网络运营和维护管理系统,为不同的业务场景或业务类型提供独立、隔离和集成的网络。
1、网络切片的 2 种形式
(1)独立切片
拥有独立功能的切片,包括控制面、用户面及各种业务功能模块,为特定用户群提供独立的端到端专网服务或者部分特定功能服务。
(2)共享切片
共享切片即资源可供各种独立切片共同使用的切片。共享切片提供的功能可以是端到端的,也可以提供部分共享功能。
2、端到端网络切片
(1)空中接口的网络切片
空中接口的网络切片概念是指对物理无线电资源进行适当划分,将其映射到逻辑资源,并且基于逻辑物理资源创造媒体访问控制和更高层的操作。
(2)无线接入网的网络切片
考虑到切片的特殊性,无线接入网中的网络切片描述了控制平面和用户平面的优化配置。此外, 还需要研究两个方面。
a、无线接入类型。它支持由切片提供的服务。
b、无线接入网功能的正确配置。它适用于基于需求的每个切片中的合适的单元部署。
基于QoS 需求、通信负载或通信类型等因素,RAN 体系结构对于每个切片应做出适当的调整。例如,由于RAN 配置,每个切片使用不同类型的单元:切片 1只使用宏单元;切片 2 只使用小单元;切片 3 使用宏单元和小单元。在其他场景中,切片 1 可以使用宏单元和小单元,而切片 3 只使用小单元。
(3)核心网中的网络切片
由于网络功能虚拟化和软件定义网络两种技术,核心网络中的网络切片是可能的。软件定义网络的目的是将控制平面和数据平面分离。此外,控制平面应该通过 API 来编程,以引入管理的灵活性。支持 SDN 类平面分离是 5G 核心网络体系结构的主要原则之一,因为它允许:
a、数据和控制资源的独立调整;
b、数据平面更接近用户设备;
c、适当选择不同切片所需的数据平面功能。
3、网络切片的 3 种部署场景
(1)共享切片与独立切片纵向分离。端到端的控制面切片作为共享切片,在用户面形成不同的端到端独立切片。控制面共享切片为所有用户服务,对不同的个性化独立切片进行统一管理,包括鉴权、移动性管理和数据存储等。
(2)独立部署各种端到端切片,每个独立切片包含完整的控制面和用户面功能,形成服务于不同用户群的专有网络,如 CIoT、eMBB 和企业网等。
(3)共享切片与独立切片横向分离,共享切片实现一部分非端到端功能,后接各种不同的个性化独立切片。典型应用场景包括共享的vEPC+GiLAN 业务链网络。

5G 技术作为面向未来新需求的新一代通信技术,已经获得了全球范围的广泛关注,并得到了几乎所有电信运营商。电信设备制造商和研究机构的支持,其技术发展获得了全产业链的支持,为未来商用做好了充分准备。
在网络切片的推动下,未来万物互联的场景将会得到实现。自动工厂、远程医疗、无人驾驶、车联网等以超高速率、超低时延、高可靠性的通信为基础的新技术日益普及,这给人们的生活带来了更大便利,极大地改变了人们的生活方式。
传感器技术 制造业的未来是智能化,智能化的基础就是传感器; 互联网的方向是物联网,物联网的基石也是传感器; 关注传感器技术,获得技术资讯、产品应用、市场机会,掌握最黑科技,为中国工业导航。
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