5G切片技术的引入

当5G被广泛提及的时候，网络切片是其中讨论最多的技术。众多网络运营商和设备商都认为网络切片是5G时代的理想网络架构。

什么是网络切片

网络切片被视为可以动态创建的逻辑端到端网络。给定的用户设备（UE）可以通过相同的接入网络（例如通过相同的空口）访问多个切片。每个切片可以服务于给定的服务级别协议（SLA）的特定服务类型。网络切片在一个移动网络（PLMN）内被定义，并且包括核心网控制平面，用户平面以及5G接入网络（AN）。5G接入网络可能是：

3GPP TS 38.300中描述的下一代（NG）无线接入网，或者，

非3GPP接入网络，终端可以使用任何非3GPP接入，通过在非3GPP互通功能（N3IWF）上终结的安全IPSec / IKE隧道到达5G核心网络。

TS 23.501定义的Network Function, Slice, andSlice Instance包括

Network Function: 3GPP采用的或3GPP定义的网络处理功能，其定义了功能行为和3GPP定义的接口。（注意：NF既可以作为专有硬件上的网元，也可以作为在专用硬件上运行的软件实例，也可以作为在通用平台（例如云基础架构）上实例化的虚拟化功能）。

Network Slice:提供特定网络功能和网络特性的逻辑网络。

Network Sliceinstance:一组网络功能实例和形成部署的网络切片的所需资源（例如，计算，存储和网络资源）。

这个新技术可以让运营商在一个硬件基础设施切分出多个虚拟的端到端网络，每个网络切片从设备到接入网到传输网再到核心网在逻辑上隔离，适配各种类型服务的不同特征需求。

对于每一个网络切片，像虚拟服务器、网络带宽、服务质量等专属资源都得到充分保证。由于切片之间相互隔离，所以一个切片的错误或故障不会影响到其它切片的通信。

从以往到目前4G网络，移动网络主要服务移动手机，一般来说只为手机做一些优化。然而在5G时代，移动网络需要服务各种类型和需求的设备。大家提的比较多的应用场景包括移动宽带、大规模物联网、任务关键的物联网。他们都需要不同类型的网络，在移动性、计费、安全、策略控制、延时、可靠性等方面有各不相同的要求。

例如一个大规模物联网服务连接固定传感器测量温度、湿度、降雨量等。不需要移动网络中那些主要服务手机的切换、位置更新等特性。另外像自动驾驶以及远程控制机器人等任务关键的物联网服务需要几毫秒的端到端延时，这就和移动宽带业务大不相同。

5G的主要应用场景

这并不是意味着我们需要为每一个服务建设一个专用网络了？例如，一个服务5G手机，一个服务5G大规模物联网，一个服务5G任务关键的物联网。其实不需要，因为我们可以通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑的网络，这是一个非常节省成本的做法！

网络切片的应用需求

NGMN发布的5G白皮书中阐述的5G网络切片如下图所示：

NGMN 5G网络切片示意图

网络切片的选择

网络切片的识别是通过单一网络切片选择辅助信息（S-NSSAI）完成的。NSSAI（网络切片选择辅助信息）是S-NSSAI的集合。目前3GPP在NSSAI中允许在UE和网络之间的信令消息中发送多达8个S-NSSAI。这意味着一次可以由最多八个网络切片来服务单个UE。UE向网络发送的S-NSSAI协助网络选择特定的网络切片实例。一个S-NSSAI包括：

切片/服务类型Slice/Service type（SST），其涉及在特征和服务方面期望的网络切片行为;

切片差异化器Slice Differentiator（SD），其是可选信息，其补充切片/服务类型以在相同切片/服务类型的多个网络切片之间进行区分。

S-NSSAI可以与PLMN（例如，PLMN ID）相关联并且具有网络特定值或者具有标准值。UE在S-NSSAI所关联的PLMN中的接入网络中使用S-NSSAI。

网络切片的应用

网络连接服务（Network ConnectionService），描述了在连接级别向商业客户提供的功能。网络连接服务包含一组确定切片行为的技术属性以及切片的拓扑结构和地理分布。企业客户可能要求运营商提供的非详尽的特征列表包括：

接近实时延迟（端到端延迟）的服务需要非常低和稳定的延迟。

稳定可靠的高上传和下载速度。

有保证的SLA：网络切片能够使用适当的服务级别报告（SLR）方法为所要求的系统功能和性能要求提供一定级别的E2E保证。

覆盖范围以确保跨网络和国家的无差别服务体验。

连接设备管理，从少数设备到极高密度的设备/连接，还包括非常具体的设备到设备（D2D）连接和/或硬件要求。

跨越可能属于多个不同服务提供商的异构（授信和非授信-例如5G和WiFi）网络，在中等到高速（例如高速列车，航空）场景中实现不间断服务交付和稳定质量的无缝移动性。

能效在网络侧和设备终端侧需要超低能量利用（例如NB-IoT场景）的情况下（例如非常长的电池寿命），可以提供能量效率。

数据安全性能够满足当今能力以外的安全和隐私要求，同时也用于极其敏感的数据传输（例如国家安全，欺诈/网络犯罪敏感）。

网络资源服务（Network ResourceService），企业客户可能被授予访问运营商网络资源以运行专有应用程序的权限。运营商将致力于向企业客户提供生命周期管理服务，即开放式生命周期管理能力。除了这些网络资源服务之外，网络还能够提供额外的平台服务。以下列表详细列举了可用于定制平台服务的技术元素的非详尽示例：

大数据分析可作为服务提供，以支持数据管理，协调复杂的流程或生态系统。

ID /资产管理，用于资产/设备/用户（包括作为服务的ID管理）的安全，实时，自动化验证（以及之间）。

平台安全作为一种服务提供各种级别的安全性，以满足当今能力以外的数据安全和隐私要求。这可能还包括存储极其敏感的数据（例如国家安全，欺诈/网络犯罪敏感）。

动态计费：基于适应性客户/市场需求进行实时交互的动态计费。

云计算，即无处不在地访问运营商的资源，如存储和计算能力。

用于分布式计算和数据存储的边缘计算，用于具有低延迟要求的服务，以实现超快速交互/响应。

合作厂商集成，方便和即时整合合作伙伴，新实体等。

定位服务，根据服务的要求定制，例如在准确性和频率方面。

提供不同控制和管理功能的垂直API，适应切片的地理传播以及提供来自不同来源的各种类型的信息，例如，感知服务质量，当前网络状况等可以通过API提供。

随着5G SA的标准出炉，未来5G切片技术将迎来新的飞跃，我们会密切关注和推出相关的切片技术专题讨论，为各位提供最新的参考。

参考文献：

1.GSMA，An Introduction to Network Slicing，2017

2. Tony Saboorian and Amanda Xiang，Network Slicing and 3GPP Service and Systems Aspects(SA) Standard，IEEESoftwarization, December 2017

3. Dr. Harrison J. Son and Chris Yoo，E2E Network Slicing - Key 5G technology: What is it? Why do we need it? How do we implement it，@ Netmanias ,Nov 17 2015

4.3GPP TS 23.501 V15.1.0(2018-03)

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