5G網絡切片的知識普及

每個網絡切片都是一個隔離的端到端網絡，包含自己獨特的延遲、吞吐量、安全性和帶寬特性，可以靈活應對不同的需求和服務。 過去移動網絡( 2G、3G和4G )采用的「一刀切」網絡模式已不再適合如今多變的市場模型，每個用例都有自己獨特的性能要求，使得「一刀切」的服務交付方法已經過時。未來的網絡需要通過網絡切片技術從「one size fits all」向「one size per service」過渡。 網絡切片是 5G 網絡中的一項重要技術，承諾將「盡力而為」的網絡轉變為提供更高可靠性的網絡，利用單一的物理網絡基礎設施來適應不同且存在差異的服務質量(QoS) 要求。 5G 網絡切片可在同一物理網絡基礎設施上劃分為多個邏輯獨立的虛擬網絡。每個網絡切片都是一個隔離的端到端網絡，包含自己獨特的延遲、吞吐量、安全性和帶寬特性，可以靈活應對不同的需求和服務。 網絡切片體系架構 抽象來看，網絡切片架構由兩個主要模塊組成，一個用於實際的切片實現，另一個用於切片管理和配置。 第一個模塊是由業務層、網絡功能層、基礎設施層組成的多層架構，每層執行不同的任務，用於切片的定義和部署。第二個模塊被設計為一個集中式網絡實體，通常表示為網絡切片控製器，監視和管理三層之間的功能，以便有效協調多個切片的共存。 業務層 業務層直接與共享底層物理網絡的網絡業務實體(例如 MVNO 和第三方服務提供商)接口，並提供服務於需求的統一視圖。每個服務都被表示為服務實例，按照 SLA(服務等級協議)嵌入網絡特征，期望通過創建合適的切片完全滿足服務的需求。 網絡功能層 網絡功能層負責根據來自上層的服務實例請求創建網絡切片。它由一組包含明確定義的行為和接口的網絡功能組成。多個網絡功能被放置在虛擬網絡基礎架構上，並連接在一起，以創建一個端到端的網絡切片實例，該實例反映了服務請求的網絡特性。 為了提高資源使用率，不同切片可以同時共享相同的網絡功能，但會增加運營管理的復雜性。而網絡功能如果與切片一對一映射則簡化了配置過程，但會導致資源使用率低。 基礎設施層 基礎設施層代表實際的物理網絡拓撲(無線接入網、傳輸網和核心網)，可供每個網絡切片復用，並提供物理網絡資源以承載構成每個切片的多個網絡功能。 可用的物理網絡資源包括一組異構的基礎設施組件，如數據中心(存儲和計算能力資源)、支持網絡連接的設備，如路由器(網絡資源)和基站。 網絡切片控製器 網絡切片控製器被定義為一個網絡協調器，它與每一層執行的各種功能接口，以統一地管理每個切片請求。好處是它可以高效、靈活地創建切片，並可在切片生命周期內重新進行配置。在操作上，網絡切片控製器負責以下幾個任務，在三層之間提供有效的協調： 端到端服務管理：將業務層中根據 SLA 要求表示的各種服務實例，映射為網絡功能層中符合服務實例約束的合適的網絡功能。 虛擬資源定義：物理網絡資源的虛擬化，簡化分配網絡功能時的資源管理操作。 切片生命周期管理：跨所有三層的切片性能監控，以便動態重新配置每個切片，以適應可能的 SLA 需求修改。 由於每個任務的復雜性不同，網絡切片控製器可以由多個編排器組成，這些編排器獨立管理每一層的功能子集。為了滿足服務需求，各種編排實體需要交換有關切片創建和部署所涉及的操作狀態的高級信息來相互協調。 前文我們提到，網絡切片是在同一個物理網絡基礎設施上劃分而成的虛擬網絡，既然是共享同一個基礎設施，那又該如何保證每個切片之間互相獨立，其中一個發生故障不會影響到其它切片網絡? 切片隔離 切片隔離是一項重要的需求，即共享同一基礎設施的多個切片同時共存，同時保證每個切片的性能不能對其他切片的性能產生任何影響。 切片安全：網絡攻擊或故障發生僅影響目標切片，對其他現有切片的生命周期影響有限。 切片隱私：與每個切片相關的隱私信息(例如用戶統計數據、MVNO 業務模型)不與其他切片共享。 在進行切片之前，首先需要考慮的是如何統一管理切完片後的各個模塊，形成一個有機整體?要做到這一點，就要從SDN和NFV技術開始講。 SDN與NFV 網絡切片利用SDN(軟件定義網絡 )、NFV(網絡功能虛擬化) 來快速分割網絡及其資源，以支持特定的應用程序和設備。 SDN將網絡控製平面與數據平面分離，通過中央控製平面的應用程序編程接口(API)管理網絡流量。控製平面通過業務層配置資源，向客戶端提供定製化的服務。 NFV是切片的另一個先決條件。NFV 背後的策略是將網絡功能安裝到虛擬服務器上的虛擬機 (VM) 上，以提供在傳統專有硬件上運行的服務。 SDN 用於控製位於邊緣或核心雲中的 VM 的配置，NFV 還可用於管理網絡切片及其基礎設施資源的生命周期。這些技術協同工作為SDN和NFV網絡有效利用包括RAN在內的虛擬和物理資源提供了良好的基礎。 依托SDN/NFV技術，我們可以把所有的硬件抽象為計算、存儲和網絡這三類資源進行統一管理分配，給不同的切片不同的資源，且完全隔離互不幹擾，實現了邏輯上的高層統一管理和靈活切割。 5G專網 想要滿足不同的業務需求，除了網絡切片外，還有一種實現方式——5G專網。 5G專用網絡(private 5G network)是一種局域網(LAN)，它使用5G技術創建具有統一連接性、優化服務和特定區域內安全通信方式的專用網絡。 專網是為特定用戶提供網絡通信服務的專用網絡，公網與專網的區別主要在於公網為社會大眾服務，而專網為特定對象服務。 與網絡切片相比，企業似乎更喜歡專有5G網絡。 5G專網提供了企業定製化網絡的自由度，可以根據使用場所、工作類型提供不同的配置，在隱私和安全方面都有明顯的優勢。 ABI Research 的高級分析師 Don Alusha 表示：「專網通常有自己的設備以及設備認證和授權。而5G網絡切片根據不同粒度的需求範圍定製網絡服務，可靠性主要由運營商保證。」 當一家公司可以創建自己的專用網絡時，為什麽還需要網絡切片？ 安全、隱私和信任是每個業務應用的主要要求。雖然5G 是更安全的蜂窩時代之一，吹捧具有先進的加密功能，但它仍然容易受到攻擊。因此，許多企業對在運營商的公共 5G 網絡中共享網絡切片持謹慎態度，他們更願意控製自己的專用網絡。 「大多數企業想要由他們自己控製封閉系統，並且與公共基礎設施完全分開，」Antlitz 說。「其中還有一個關鍵原因是信任，他們不相信網絡切片不會出現漏洞或其他問題。」 那麽5G專網真的會殺死網絡切片嗎？ 企業評估 5G 時需要考慮部署方案。一種選擇是使用自己的頻譜構建和控製5G專網。第二種選擇是從運營商的公共 5G 網絡中獲取網絡切片。這一選擇很大程度上取決於信任、技術的成熟度以及成本考慮。 建立專網不是一件容易的事，首先需要面對的是頻譜的獲取。頻譜資源是有限的，並非隨需隨得，在大多數國家，頻譜被視為一種自然資源，其使用受到國家主管部門的控製，國家主管部門根據國家的需求分配資源。 其次，自建5G專網部署成本高，普通企業特別是小型企業無法承擔購買和部署全套5G網絡的費用，後期還需要一些專業的運維人員來維護網絡。 而使用運營商的公共網絡，用戶可以獲得由SLA支持的 5G 服務，同時避免購買頻譜和維護網絡的麻煩。 所以，盡管企業對隱私和安全問題持謹慎態度，但網絡切片仍將是中小企業的一個有吸引力的選擇。 5G B2B 應用的總潛在市場，2020-2030 年全球預測期(來源：ABI Research) 挑戰與機遇 挑戰 盡管網絡切片有巨大的優勢，但運營商和開發人員仍然面臨許多挑戰。完整的端到端的網絡切片橫跨無線接入網、傳輸網以及核心網，但這些 RAN 需要重新設計以適應網絡切片。 盡管標準化進程仍在繼續，但整個行業對於5G網絡和其他架構元素的網絡切片部署仍存在模糊共識。 在相同的物理基礎設施上增加更多的網絡，給運營商帶來了額外的壓力，難以為每個單獨的切片維護 SLA、QoS 和安全保證。 機遇 機遇是不言而喻的，隨著車聯網、工業互聯網、VR/AR等多種業務和應用場景的爆發，網絡切片可以根據客戶需求將單個網絡劃分為滿足不同用例SLA的「VIP網絡」，運營商可以為每個切片分配資源，利用必要的速度、吞吐量和延遲來覆蓋 5G 網絡切片的廣度。 將網絡切片作為服務來提供，最大限度地降低了運營費用 (OPEX) 和資本支出 (CAPEX)。對於關鍵公共應用需求，如急救人員和醫療應急小組等，可通過網絡切片在覆蓋範圍、容量和連接性方面給予優先考慮。網絡切片必將改變我們的生活與生產。