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5G网络切片技术及存在的挑战

五度易链 2018-09-19 3951 510

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激增的移动设备数量及数据流量需求、不断涌现的各类新业务和应用场景为移动通信带来了艰巨挑战. 为此ITU为5G定义了eMBB(增强移动宽带)、mMTC(海量机器通信)、uRLLC(超高可靠超低时延通信)三大应用场景。实际上不同业务场景往往在多个关键指标上存在差异化服务需求,因而5G系统还需支持不同用户速率、可靠性、时延、优先级、移动性和安全性的灵活可定化制服务。灵活部署的融合网络架构及其有效的资源管理技术是实现关键

  激增的移动设备数量及数据流量需求、不断涌现的各类新业务和应用场景为移动通信带来了艰巨挑战。为此ITU为5G定义了eMBB(增强移动宽带)、mMTC(海量机器通信)、uRLLC(超高可靠超低时延通信)三大应用场景。实际上不同业务场景往往在多个关键指标上存在差异化服务需求,因而5G系统还需支持不同用户速率、可靠性、时延、优先级、移动性和安全性的灵活可定化制服务。灵活部署的融合网络架构及其有效的资源管理技术是实现关键。

  2018年6月13日,3GPP全会(TSG#80)批准了第五代移动通信技术标准独立组网(SA)功能冻结。加之去年12月完成的非独立组网(NSA) 标准,5G已经完成第一阶段全功能标准化工作。中国电信在6月26日发布的《5G技术白皮书》指出SA组网一步到位,可避免NSA仍需向SA方案演进带来的网络频繁改动。SA方案的业务能力更强,5G核心网能支持网络切片、边缘计算等新特性。另外,SA终端由于不涉及双连接等技术,成本较低。同时,白皮书指出,在SA方案中,网络切片技术是5G网络的重要使能技术。

  网络切片及其架构

  网络切片通过网络虚拟化技术,将网络中的各类物理资源抽象成虚拟资源,并基于指定的网络功能和特定的接入网技术,按需构建端到端的逻辑网络,提供多种网络服务。

  

 

5G网络切片架构
图1 网络切片架构

  以图1为例,eMBB, uRLLC 以及IoT三个独立的切片共享同一套底层物理设施。在 eMBB 切片中,需要大带宽以支持高数据速率服务,例如高清晰度视频流和增强现实。对带宽有很高的要求,可以在城域机房的Cloud unit中部署缓存服务器 Cache及数据单元Data unit,使业务更贴近用户,降低骨干网的带宽需求并提高用户体验。IoT切片对应着mMTC 场景,对于大多数IoT场景,时延敏感度低,传输的数据量小,信令交互的频率低,因此可以将Cloud unit部署在城域数据中心,将其他功能以及应用服务器(Data unit,Control unit,Application)部署在区域数据中心,降低运营商开销。在 uRLLC 切片中,高可靠性、低延迟和安全性至关重要,切片可以提供对延迟非常敏感的服务,例如自动驾驶和车辆联网(车辆到一切,V2X)等,因此需要将实时处理及非实时处理功能单元部署在更靠近用户的站点侧,并在移动云引擎中部署相应的服务器(V2X)。

  相关虚拟化技术

  网络切片运行时,能够根据业务和用户的动态需求,进行资源的按需调整,提升网络的灵活性。不同切片间的隔离和区分,能够在保证当前业务质量的前提下,增强整体网络的安全性和强健性。网络切片与虚拟化技术息息相关。NFV(network function virtualization,网络功能虚拟化)与SDN(software defined networking,软件定义网络)作为实现核心网中的网络切片的主要技术支撑,受到了广泛的关注和研究。

  作为网络切片的使能技术之一,SDN技术帮助实现网络的控制/数据平面分离及软件可编程并在两者之间定义开放接口,以实现对网络切片中的不同功能的灵活定义。除SDN技术以外,网络切片借助NFV技术实现软硬件解耦,将物理资源抽象成虚拟资源,同时实现功能抽象,使网络设备功能不再依赖于专用硬件,实现灵活的资源共享以提高资源利用率。

  当前存在的挑战

  当前的无线接入网络架构中,为支撑不同的5G应用,设立了同应用和业务对应的独立的网络,具有独立的接入机制和协议栈,对于每种制式,核心网接口、空口和地面接口之间是端到端耦合,并没有一个接入侧接口或模块能够对多种应用或者传输网络的信息进行交互、翻译以及统一处理。因此,需要一个统筹的接入网络架构,能够利用其接入机制与协议栈来支撑不同的用户和业务接入,为5G应用和业务自适应的无线资源的高效灵活分配提供支持。

  另外网络切片管理包括多个维度和技术:在服务级别创建、激活、维护和停用网络切片;在网络级别调整负载均衡、计费策略、安全性和QoS;抽象和隔离虚拟化网络资源;切片间和切片内资源共享。此外,随着应用和服务的持续升级,网络切片管理的复杂性和难度可能增加。

  结语

  5G正在如火如荼的发展中,如今组网标准已定,作为重要使能技术之一的网络切片技术将在5G承载网中扮演关键角色,但由于存在的一些问题,距离网络切片的成熟商用仍存在许多挑战。


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