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5G深入(2):网络切片从传说到实践

在前文《5G深入(1):再谈网络架构重构》谈到,为了避免成为单一的管道服务商,并与未来的智慧社会深度融合,5G网络遵循“网络业务融合”的理念,在NFV(Network Function Virtualization,网络功能虚拟化)和SDN(Software Defined Network,软件定义网络)等新兴技术的赋能之下将提供如下关键服务能力,包括:网络切片、移动边缘计算、按需重构的移动网络、以用户为中心的无线网络、网络能力开放。这一“网络业务融合”的理念,与大视频大传媒产业“内容+渠道”的发展趋势是一致的!总体上这正是CT(通信技术)走向IT(信息化)再进一步走向TMT(信息媒体融合)的大趋势!

图为:从产业演进视角看5G网络架构

  系列文章将继续介绍传说中的5G网络切片。除了提供广覆盖和高速接入服务之外,为了深度对接未来智慧社会的各种垂直应用场景,5G网络在新型网络架构基础上最重要的能力是网络切片能力和边缘计算能力。中国移动研究院副院长杨志强曾表示,5G网络面向垂直行业的基本能力是网络增强的两个能力:网络切片能力、边缘计算能力,5G网络从系统上支持这两个能力。所以,中国移动在垂直行业应用方面,一直在积极推进面向场景的网络切片样板及应用验证,同时成立边缘计算开放实验室。

  以交通梳理譬喻网络切片,传说貌似并不遥远

  在传统网络时代,没有太多的优先级,缺乏流量梳理能力(特别是有些国家在所谓“网络中立性”原则下,根本不允许梳理)。但是,随着网络流量增长和网络带宽越来越不成比例时,网络堵塞越来越严重(想象一下国庆和五一时节堵在路上遥遥无期的车辆),新的网络架构、对流量的梳理和分流就成为现代网络的刚性需求。尤其在智慧社会时代,网络带宽提高的同时,越来越需要良好的网络管理。

图为:以交通梳理譬喻网络切片

  可以把网络比喻为交通系统,以便更好理解网络切片的利益:车辆是用户,道路是网络。随着车辆的增多,城市道路变得拥堵不堪...。为了缓解交通拥堵,交通部门不得不根据不同的车辆、运营方式进行分流管理,比如设置BRT快速公交通道,非机动车专用通道等…

北京赛车pk10开奖  网络亦是如此,要实现从人-人连接到万物连接,连接数量成倍上升,网络必将越来越拥堵,越来越复杂,网络运营商就得像交通管理一样,对网络实行分流管理——网络切片。当然,在虚拟化技术条件支撑条件下,5G网络商可以随时划分不同车道的边界和大小,包括改变空闲上下行通道带宽比例,也可以临时根据需要改变收费站大小(改变通过能力)、快速投放交警人员等,甚至把平行的两个道路重新划分道路能力(把其中一个道路能力分给另一个)。这听起来很厉害吧,没错,云计算与虚拟化就是这么灵活,“网络即服务”的目标就是要将网络与业务融合起来。

  网络切片就是要打破烟囱架构,支撑垂直商业创新

  同4G网络相比,网络切片可以说是5G网络最鲜明的特征和优点之一。运营商在面向5G时代,需要具备业务快速上线、灵活部署的能力。5G网络不仅需要满足大量并行业务上线的需求保证端到端的性能,还要规避市场培育阶段的新兴业务投资风险,如果按照传统思路构建专网,势必造成资源的浪费,但通过网络切片便能实现逻辑专网的需求,一旦某专网业务不具投资价值运营商还能及时撤出,动态删除切片,有效降低客户投资的风险成本。也就是说,可见,基于虚拟化技术的网络切片可以面对多连接和多样化业务,可以像积木一样实现动态化资源部署。

图为:以积木譬喻网络切片的动态化资源部署

北京赛车pk10开奖  比如,烟感监控警报系统和水务抄表两个业务。如果按照面向大众市场的移动互联网业务去平均分配网络资源,用于烟感监控必然是赔本买卖,但烟感系统一旦报警所涵盖的资源调度优先级一定是最高的;而水表抄表可能并不需要实时在线的特殊需求优化,这意味着只需要分配低成本的资源满足于每月一次的抄表行为即可。

北京赛车pk10开奖  通过上述两个应用场景,这就需要网络具备不同的自适应能力去分配资源,从而实现决定行业连接的价格弹性空间,这其实也是包括诸如中国电信希望打造智能网络,中国移动面向未来提出大连接战略主旨所在。或者简单地说:网络切片就是从烟囱架构向扁平化架构的转变,就是从CT到IT的集中体现。

  严肃地说说网络切片吧

  网络切片就是将一个物理切割成多个虚拟的端到端的网络,每一个都可获得逻辑独立的网络资源,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(相互独立),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。网络切片最初源于VPN的概念,是网络功能虚拟化(NFV)应用于5G阶段的关键特征。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。

  网络切片通过上层统一的编排让网络具备动态管理、协同、成本/性能考量等能力。网络切片将构成若干个端到端的逻辑网络,按切片需求方的需求灵活地提供灵活而独立的网络服务,包括网络带宽、连接密度、延迟设定、服务质量、等专属资源,以及安全隔离、高度自控等需求都得到充分保证,满足5G不同场景差异化需求,如工业控制、自动驾驶、远程医疗等行业。必须注意的是,网络切片在物理层面并非隔离的,而是基于NFV进行统一管理和编排(技术问题就不在此太多体现了)。

图为:理解网络切片

  按照IMT-2020白皮书,网络切片管理功能包含以下三个阶段。

  (1)商务设计阶段:在这一阶段,切片需求方利用切片管理功能提供的模板和编辑工具,设定切片的相关参数,包括网络拓扑、功能组件,交互协议,性能指标和硬件要求等(类似售前的产品交流与方案规划阶段)。

  (2)实例编排阶段:切片管理功能将切片描述文件发送到NFV MANO功能实现切片的实例化并通过与切片之间的接口下发网元功能配置,发起连通性测试,最终完成切片向运行态的迁移(类似方案部署阶段)。

北京赛车pk10开奖  (3)运行管理阶段:在运行态下,切片所有者可通过切片管理功能对己方切片进行实时监控和动态维护维护,主要包括资源的动态伸缩,切片功能的增加、删除和更新,以及告警故障处理等(这体现了网络切片高度自控的能力)。

  图为:网络切片架构(源自IMT-2020)

  网络切片的优势包括定制性、端到端可保证和统一(管理)平台。网络切片能够实现网络即服务(NaaS),将是5G商业模式的关键部分。

  网络切片实践挑战:标准、原型验证与商用示范

  理想情况下,所有网络切片都将共享一个通用的虚拟化物理网络基础架构,但截至2019年初,业界内目前还没有标准的解决方案。按照3GPP标准化的预期时间表,网络切片可能要到2021年才能广泛实施。在实践方面,业界一般会有专门的解决方案来保证QoS。2019年2月27日,5G切片联盟(5GSA)在巴塞世界移动通信展期间召开2019年第一次工作会议,中移动联合华为牵头提出了切片控制管理与大数据分析有机结合的SLA保障架构。

  中国移动研究院副院长杨志强认为网络切片技术存如下挑战:

  首先,网络切片标准尚未统一明确。国际不同运营商对5G网络切片对切片定义、部署、运维、运营等方面仍存在不同观点。实际网络部署中可能会面临不同厂家5G网络切片互操作的一些问题。

北京赛车pk10开奖  能源、工业、汽车、媒体娱乐等多个垂直行业也逐渐提出对5G网络切片的性能、隔离性等需求,积极参加到3GPP、IMT-2020(5G)推进组等通信行业组织中,参与网络切片的标准制定和产业推进。

  其次,5G端到端网络切片技术的原型验证有待深入,尤其是无线网络切片能力及资源调度机制仍需深入探讨,整体组网及管理能力有待强化。5G网络切片是一项5G端到端网络的创新技术,但核心网切片技术较为成熟,而接入网和传输网切片技术则尚未成熟,5G整体端到端网络切片技术的原型验证和应用示范还相对缺乏。

  最后,面向商用的网络切片应用示范还相对缺乏,运营/商业模式亟需探索。


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