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一篇文章看懂,5G網絡切片是什么?

作者:趙鑫龍時間:2019-04-30來源:雷鋒網收藏

如果說4G網絡是一把刀,足可削鐵如泥、吹毛斷發。那么,5G網絡就是一把瑞士軍刀,靈活方便、多功能用途。

本文引用地址:http://www.rylpcf.shop/article/201904/400112.htm

4G網絡主要為智能手機而生。進入5G時代,我們將面臨“下一件大事(the next big thing)” — 物聯網。無物不聯的時代,將有大量的設備接入網絡,這些設備分屬不同的工業領域,它們具有不同的特點和需求。換句話說,它們對于網絡的移動性、安全性、時延、可靠性,甚至是計費方式的需求是不同的。所以,5G網絡必須得像瑞士軍刀一樣靈活方便且具有多功能性。

舉兩個例子。

用于森林防火的物聯網應用中,分布于森林的大量傳感器檢測溫度、濕度和降水,它們是靜止不動的,它們并不需要像智能手機一樣需要切換、位置更新等移動性管理。一份NOKIA的報告顯示,預計5G網絡中有70%的設備是靜止不動的,而移動用戶僅占30%。

當5G應用于無人駕駛、遠程機器人控制等領域中,則要求超低的端到端時延,這個時延比智能手機無線上網的時延要低得多,通常不能超過幾毫秒。

所以,面向不同的應用領域,5G網絡得像瑞士軍刀一樣。怎么辦?當全世界都在談5G的時候,業界里談論得最多的是 —— 5G網絡切片技術(Network Slicing)。網絡切片,已成為中國移動,韓國KT、SK電信,日本KDDI 和NTT,以及愛立信、諾基亞、華為等設備商公認的最理想的5G網絡構架。

什么是網絡切片?最簡單的理解,就是將一個物理網絡切割成多個虛擬的端到端的網絡,每個虛擬網絡之間,包括網絡內的設備、接入、傳輸和核心網,是邏輯獨立的,任何一個虛擬網絡發生故障都不會影響到其它虛擬網絡。每個虛擬網絡就像是瑞士軍刀上的鉗子、鋸子一樣,具備不同的功能特點,面向不同的需求和服務。

或者可以這么說,就像你安裝電腦的時候,將你的物理硬盤分區,劃分成C盤、D盤、E盤…

為了進一步了解5G網絡切片,我們先將5G網絡的應用場景劃分為三類:移動寬帶、海量物聯網(Massive IoT)和任務關鍵性物聯網(Mission-critical IoT)。

如上表所示,5G網絡的三類應用場景的服務需求是不一樣的:

1)移動寬帶

5G時代將面向4K/8K超高清視頻、全息技術、增強現實/虛擬現實等應用,移動寬帶的主要需求是更高的數據容量。

2)海量物聯網

海量傳感器部署于測量、建筑、農業、物流、智慧城市、家庭等領域,這些傳感器設備是非常密集的,大部分是靜止的。

3)任務關鍵性物聯網

任務關鍵性物聯網主要應用于無人駕駛、自動工廠、智能電網等領域,主要需求是超低時延和高可靠性。

4G網絡主要服務于人,連接網絡的主要設備是智能手機,不需要網絡切片以面向不同的應用場景。

5G時代,不同領域的不同設備大量接入網絡,網絡將面向三類應用場景:移動寬帶、海量物聯網和任務關鍵性物聯網。

如何網絡切片呢?我們并不需要為每一類應用場景構建一個網絡,所以,它不是這樣的...

我們要做的是,將一個物理網絡分成多個虛擬的邏輯網絡,每一個虛擬網絡對應不同的應用場景,這就叫網絡切片。

5G白皮書里關于網絡切片的架構是這樣的:

我們將如何完成端到端的網絡切片呢?上面的內容太抽象,在實際的網絡部署中我們是怎么做的呢?

1)5G無線接入網和核心網:NFV

目前4G網絡中主要終端設備是手機,網絡中的無線接入網部分(包括數字單元(DU)和射頻單元(RU))和核心網部分都采用設備商提供的專用設備。

如下圖:

為了實現網絡切片,網絡功能虛擬化(NFV,Network Function Virtualization)是先決條件。本質上講,所謂NFV,就是將網絡中的專用設備的軟硬件功能(比如核心網中的MME, S/P-GW和PCRF,無線接入網中的數字單元DU等)轉移到虛擬主機(VMs,Virtual Machines)上。這些虛擬主機是基于行業標準的商用服務器,它們是COTS商用現成產品,低成本且安裝簡便。 簡單的說,就是用基于行業標準的服務器、存儲和網絡設備,來取代網絡中的專用的網元設備。

網絡經過功能虛擬化后,無線接入網部分叫邊緣云(Edge Cloud),而核心網部分叫核心云(Core Cloud)。邊緣云中的VMs和核心云中的VMs,通過SDN(軟件定義網絡)互聯互通。

這樣,網絡采用NFV和SDN后,執行切片就非常容易了,像切面包一樣水平將網絡“切”成多個虛擬子網絡(片)就可以了。

如上圖所示,針對不同的應用場景,網絡被“切”成4“片”:

高清視頻切片:原來網絡中數字單元(DU)和部分核心網功能被虛擬化后,加上存儲服務器,統一放入邊緣云。而部分被虛擬化的核心網功能放入核心云。

手機切片:原網絡無線接入部分的數字單元(DU)被虛擬化后,放入邊緣云。而原網絡的核心網功能,包括IMS,被虛擬化后放入核心云。

海量物聯網切片:由于大部分傳感器都是靜止不動的,并不需要移動性管理,在這一切片里,核心云的任務相對輕松簡單。

任務關鍵性物聯網切片:由于對時延要求很高,為了最小化端到端時延,原網絡的核心網功能和相關服務器均下沉到邊緣云。

網絡結構是這樣的:

當然,網絡切片技術并不僅限于這幾類切片,它是靈活的,運營商可以隨心所欲的根據應用場景定制自己的虛擬網絡。

2)邊緣云與核心云的連接: IP/MPLS-SDN

5G切片網絡通過SDN連接邊緣云和核心云里的VMs。核心云里有虛擬化的服務器,服務器的Hypervisor里運行著內置的vRouter/vSwitch,SDN控制器負責在虛擬服務器與DC G/W路由器之間創建SDN tunnels,隨后,SDN控制器執行SDN tunnels和MPLS L3 VPN之間的映射,從而建立核心云與邊緣云之間的連接。

3)邊緣云與基站射頻單元的網絡切片

現在,我們來到前傳部分。如何完成5G 射頻單元(RU)與邊緣云之間(前傳)部分的切片?首先需要定義5G前傳的標準,目前并沒有統一的標準。下圖是國際電信聯盟(ITU)5G移動標準研究小組(Focus Group on IMT-2020)曾提出的一個虛擬化前傳的結構圖,有興趣可以看看:

這就是5G網絡切片技術,有了它,5G才會成為無線網絡領域鋒利的瑞士軍刀。

路上,一起走!


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關鍵詞: 通信 5G通信

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