话说在5G时代,苟日新,日日新,又日新,一个个新的概念层出不穷,让人目不暇接。


网络切片就是在5G引入的新概念之一。


一看到切片,首先想到的必然是把一个完整的东西切成薄片。于是切面包或者切西瓜这一系列画面映入脑海。

切”,汉字部件构造:七刀。例如:切片,本意是“从物品上切出的扁薄部分”。


然而,网络就是一台台硬件设备,还有上面飞奔的数据,这切片到底是咋回事?这就引出了下面这一连串的问号:


为什么5G需要网络切片?


网络切片,到底切的是什么?


怎么实现网络切片?


5G网络切片会带来哪些商业模式的更新?

一头雾水。


要回答“为什么5G需要网络切片”这个问题,就首先需要明白网络切片到底是什么。首先我们将从5G的前辈,3G和4G说起。


从3G时代开始,数据业务,也就是“手机上网”这一需求异军突起,对于运营商来说,流量就是哗哗进账的银子啊。但网络资源有限,不可能保证所有业务都能全速进行,总得捡重要的首先保障。


最简单的方式就是对业务进行分类,给予不同优先级的业务不同的资源,不同的服务质量,这就是QoS(Quality of Service)的来源。

3G网络,拉开了无线互联网的序幕!


于是,一帮专家们对所有用户的各种类型的业务进行了充分研究之后,根据不同业务对时延、丢包率的不同要求进行了如下的分类:


会话类:语音和视频电话就是最典型的会话类业务,其特点是端到端时延小,业务量上下行对称或几乎对称。


交互类:交互类业务一般指的是终端和服务器进行在线数据交互的业务,特点是请求响应模式。最典型的交互类业务就是网页浏览、数据库检索、网络游戏等。


流媒体类:流类业务也是实时性的,但是由于它是单向传输,不需要进行交互,所以实时性要求没有会话类业务那么严格,并且允许一定的丢包率和错包率。典型的流类业务是人们在网络上欣赏音频或者视频节目。


后台类:背景类业务包括一些自动的后台电子邮件接收、彩信或者接收一些文件和数据库下载。这类业务的特点是用户对传输时间没有特别的要求,但是对丢包率的要求很高。

3G定义的业务类型


根据这些不同的业务的需求排出个优先级,优先保证对网络要求高的业务,然后再兼顾低优先级的业务。这样所有业务都能基本满足,大家都满意。


到了4G时代,更是定义了9种最基本的QoS等级,对于不同业务的服务级别的管理更加精细化。

4G标准的QoS等级定义


可是到了5G时代,这一切都发生了变化。


因为5G不再只用于人和人之间的通信,而是怀揣着万物互联的梦想而降生。


5G网络的三大场景及其QoS需求


我们来看看上图中的5G的三大场景对于网络的需求:


增强型移动宽带(eMBB):


需要关注峰值速率,容量,频谱效率,移动性,网络能效等这些指标,和传统的3G和4G类似。


海量机器通信(mMTC):


主要关注连接数,对下载速率,移动性等指标不太关心。


高可靠低时延通信(uRLLC):


主要关注高可靠性,移动性和超低时延,对连接数,峰值速率,容量,频谱效率,网络能效等指标都没有太大需求。


所谓汝之蜜糖,彼之砒霜,这些业务对网络要求侧重点的完全不同。


例如,自动驾驶需要在行驶过程中,为了应对危险,需要在1毫秒左右的超低时延内和网络进行极高可靠的通信。与之不同的是,自来水公司拥有成千上万个智能水表需要上报数据,因此超大容量是至关重要的,至于网速慢一些,误码率高一些问题都不大,甚至连小区切换功能都不需要。


这些不同业务截然不同的特点,让脱胎于3G和4G时代,仅针对智能手机的移动宽带业务的QoS方案使用起来捉襟见肘。


并且,在5G时代“万物互联”的宏大构想内,除了eMBB继承自之前的手机上网业务之外,mMTC和uRLLC都是属于物联网业务。运营商要开展物联网业务,必然涉及到和其他物联网服务提供商的合作和定制化,如何为合作伙伴提供一张按需定制,独立运维,稳定高效的网络,也就成了亟需解决的技术需求。


于是,这些聪明的工程师想到了一个点子:何不布上几张独立的子网络来支持5G的几大场景?这些子网络的无线、承载和核心网等资源都完全和其他网络隔离开来,而QoS依旧只局限在某一张子网络的内部进行服务质量管理。


比如说,我们建上三大类子网络:eMBB,mMTC和uRLLC各一类,这些网络之间是独立不受影响,每张子网络内部的不同业务依旧使用QoS来管理。并且在同一类子网络之下,还可以再次进行资源的划分,形成更低一层的子网络,比如mMTC子网络还可以按需分为:智能停车子网络,自动抄表子网络,智慧农业子网络等等。


相当于把QoS从二维扩展到了三维,这些相互隔离的子网络就叫做网络切片或者子切片。

5G网络切片划分示意图


既然要切片,首先必须要把各个模块统一起来管理,形成一个有机整体,然后才能有切片的可能。就像制作切片面包一样,先要把面粉、鸡蛋,奶等各种原料糅合,经由发酵过程,在烤制成一大块的完整面包之后,才能进行切片,不同切片再通过协调工作,才能组成美味的三明治。


那么5G是怎样实现各个模块的统一管理和资源切分呢?这就要引入NFV和SDN技术了。


NFV的全称是“Network function virtualization”,这就是大名鼎鼎的虚拟化。随着通用服务器处理能力的大幅增强,便有了余力拿出一部分资源作为虚拟化层,把网络中的计算(类似电脑的CPU,内存)、存储(类似电脑的硬盘),以及网络(类似电脑的网卡)这些资源进行统一管理,按需划分。这样一来,一台,甚至多台物理服务器的硬件就形成了资源池,可以按照需要划分成若干逻辑服务器,供各种应用来使用。

虚拟化基本架构


SDN的全称是“Software Defined Network”,又叫软件定义网络。区别于传统网络中的各个路由转发节点各自为政,独立工作的现状,SDN引入了中枢控制节点:控制器,用来统一指挥下层设备的数据往哪里发,下层网络设备只需要照着执行即可。这样一来,就像网络有了大脑一样,可以实现控制和转发分离,网络灵活性和可扩展性大为增强。

SDN架构


依托如今大行其道的虚拟化和软件定义网络(NFV/SDN技术,我们可以把所有的硬件抽象为计算,存储和网络这三类资源进行统一管理分配,给不同的切片不同大小的资源,且完全隔离互不干扰,实现了逻辑上的高层统一管理和灵活切割。因此NFV/SDN成为了网络切片技术的基础。

5G网络切片和寿司像极了!


遥想3G和4G时代的QoS管理,虽说无线,承载跟核心网都有参与,但却是在各立山头,分别处理,都只管自己的那一亩三分地,没有任何的全局把控。


跟3G和4G锦上添花的QoS管理功能不同,5G对网络切片进行了全面的设计,可以对各类资源及QoS进行端到端的管理,横贯无线,承载与核心网,并使之成为5G网络的基本特征之一。


在这样的架构之下,在负责高层网络切片管理功能之下,分为无线,承载,核心网几个子切片,分工合作,完成重任。


这样一来,网络切片就划分为了纵向和横向两个维度。先在纵向的无线,承载,核心网子切片完成自身的管理功能,再在横向上组成各个功能端到端的网络切片。所谓横向协同,纵向到底。

5G端到端网络切片及统一管理


无线子切片:切片资源划分和隔离,切片感知,切片选择,移动性管理,每个切片的QoS保障。


承载子切片:基于SDN的统一管理,承载也可以被抽象成资源池来进行灵活分配,从而切割成网络切片。


核心网子切片:核心网在5G时代可谓变得妈都不认识了,基于SBA(服务化架构 Service Based Architecture),以前所有的网元都被打散,重构为一个个实现基本功能集合的微服务,再由这些微服务像搭积木一样按需拼装成网络切片。


最后,经过无线,承载和核心网这些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,不同的业务得以在不同的切片之上畅行。


基于网络切片,运营商以此可以把业务从传统的语音和数据拓展到万物互联,也将形成新的商业模式,从传统的通信提供商蜕变为平台提供商,通过网络切片的运营,为垂直行业提供实验、部署和管理的平台,甚至提供端到端的服务。


运营商可以用B2B2C的方式来销售网络切片,并通过引入DevOps(开发和运营同步进行)的理念和模式,可以极大地提升切片运营的效率。

网络切片的运营闭环


DevOps工作流肇端于客户的切片订购和需求输入,然后经过切片模型定义,切片设计,切片部署,切片监控,切片保障和切片运营这样一个切片设计和运营的闭环,使5G网络切片灵活高效运转。


结语:


如果说4G网络是一把刀,虽然锋利但用途单一;那么,5G网络就是一把瑞士军刀,灵活方便、用途多功能强,而网络切片正是发挥5G网络优势的利器。


随着2020年5G规模商用的临近,5G正在积极热身排练,即将闪亮登场。

无所不能的瑞士军刀,这切片可真够细的!

*本网转载出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或认可其内容的真实性。如本网转载稿涉及版权等问题,请著作权人来电、来函与本网联系。

0