5G网络端到端切片技术应用探究

摘要：网络切片作为5G网络的关键技术之一，其在5G网络解决提供差异化服务保障方面发挥着重要作用。随着商用5G网络不断扩张和业务深化，如何建设合适的网络切片技术在面临5G业务场景日益多样化挑战的同时愈发重要。为了更好适应今后的5G网络建设发展需要，网络可以根据不同的业务场景切割成对应的虚拟网络，以满足当前特定业务场景的需求，提高用户的服务质量。以5G端到端切片技术为研究对象，文章从无线子切片、承载子切片和核心网子切片等方面阐述，着重介绍在不同场景下端到端切片技术的侧重点和技术要求。同时结合业务发展预测运营商的实际建设需要，为不同5G业务场景下的网络切片指出可能存在的潜在问题，并提供建设方案。

关键词：5G；端到端；网络切片；无线子切片；网络建设；协议栈

0引言

在国家、运营商和相关行业的大力扶持下，5G网络建设飞速发展。以网络直播、智能驾驶和VR/AR等为代表的新型业务依托5G网络蓬勃发展，并根据人们的需要不断变化。随着5G网络建设程度不断扩大和深入，新场景和新业务如雨后春笋般出现。以大带宽、低时延和高可靠性为特征的高服务质量对于5G网络提出新的要求，如何建设更加适合行业发展的5G网络是今后重要的研究内容[1]。网络切片是基于应用场景和业务需求而设计的一种逻辑网络方案，其目的是为了用现有的资源来满足最多的业务需要。网络切片是5G网络的关键技术之一，它可以根据实际业务需求组建临时逻辑网络，以满足不同场景业务的需要。通过灵活匹配不同业务和场景，在充分共享物理网络资源的同时最大限度满足用户需求。具备以上特性，网络切片可以保障业务的端到端服务等级协议。因此，网络切片在运营商方面占有举足轻重的地位。如何设计和规划网络切片是一个值得广泛关注的研究热点[2]。

1网络切片

5G网络切片需要基于SA网络架构实现。根据不同的业务需求，其目的功能也会有所差异。考虑到运营商的运维成本和用户服务质量，网络切片在具体要求方面有不同标准[3]。5G网络切片包含组网、存储运算和连接关系等技术域，其端到端架构设计如图1所示。运营商通过网络切片可实现在多种差异业务场景下高效、动态、灵活的组网[4]。同时能够结合业务需要分割不同业务网络，保障不同用户群体的需求。因此，运营商可以通过网络切片实现高质量的运营，并使得多种业务独立运行。

2关键技术

一个端到端网络切片需要多个领域协作，通过不同的网络子切片灵活组网，实现在同一网络下为不同业务提供高质量服务的目的。考虑到实际情况[5]，运营商需根据具体应用场景制定不同的关键指标（网络性能、安全可靠性和网络运维为重要参考指标）。关键参考指标及其内容见表1所列。

3实现设计

网络切片遵循“横向协同，纵向到底”的原则，实现纵向无线、承载和核心网等三层切片管理功能，横向实现网络切片内部间的业务功能，完成5G端到端切片[6-7]。网络切片的横向和纵向功能管理如图2所示。

3.1无线子切片

物理层是5G网络的系统底层，因此无线子切片对于网络切片而言是最基层、最重要的组成部分。该部分包含切片资源的划分、隔离、选择、移动性管理和QoS等方面的内容。3.1.1协议栈功能灵活的协议栈功能切片可有效提高5G网络性能，以满足差异化业务需求。将无线基站拆分为CU和DU功能单元：CU用来承载非实时业务，DU负责处理实时业务。可根据不同的业务指标动态将不同的功能分开并通过CU和DU分别执行。例如DU处理时延强相关业务，CU承载其他业务，简化协议栈功能，极大提高了网络处理能力。但CU和DU的功能不是固定的，可根据网络需要交换两者内部功能。3.1.2无线时频资源将无线时频资源分为无线时频资源硬切和无线时频资源软切。软切相较于固定频率的无线时频资源切片而言，其优点是可以做到按需分配切片间的资源，极大地提高了不同业务对于不同无线时频资源的利用效率。同时软切可以根据切片业务实现实时调度管理，有效提高网络的鲁棒性。

3.2承载子切片

SDN可以将承载视作资源池，将承载切割成网络切片进行灵活分配，构造虚拟网络可有效提高物理层和链路层间的业务交换能力。传输网采用网络切片方式分割成多个虚拟网络，将网络物理层端口、节点和链路等拓扑资源虚拟化，提高网络接入性能。同时分割出的虚拟网络不仅具备独立于其他虚拟网络的承载功能，还能够支持高层的各种业务。承载子切片可以灵活组合和分割，进一步提高了5G网络的性能。

3.3核心网子切片

核心网基于SBA重构。微服务按业务需求进行灵活编排，形成不同的切片。根据时延、可靠性和吞吐量等参数进行动态组合，以满足不同业务需求。也可以根据需要添加或减少相应切片以满足特殊业务场景需要。根据时延或带宽等的不同，切片的微服务可以灵活部署在网络的不同位置，以满足不同业务场景需要。这使得运营商可以根据实际核心网络情况动态调整切片方案，进一步降低网络运维成本。最后，经过无线、承载和核心网等纵向子切片的协同工作，为端到端的横向切片eMBB、mMTC和uRLLC提供支撑，使不同的业务可以在不同的切片之上畅行。

4结语

5G网络端到端切片针对未来多样化的应用场景具有深远的意义和影响。以5G端到端切片技术为研究对象，文章从无线子切片、承载子切片和核心网子切片等方面展开阐述，着重介绍在不同场景下端到端切片技术的侧重方面和技术要求。考虑到未来业务场景会有革命性变革，网络切片技术也会随之改变，因此如何让网络切片技术更好地服务于5G网络，仍旧是一个极具活力的开放性问题[8-10]。

作者:刘亨 单位:中国移动通信集团广东有限公司