劉彩霞，胡鑫鑫

(中國(guó)人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)，河南 鄭州450002)

0 引言

當(dāng)前，全球經(jīng)濟(jì)進(jìn)入數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)期。5G網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)字化社會(huì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，不再局限于傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，滿足各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求是5G網(wǎng)絡(luò)的新使命。

眾所周知，5G網(wǎng)絡(luò)超高速率、極低時(shí)延和海量連接三大設(shè)計(jì)能力指標(biāo)催生了三大應(yīng)用場(chǎng)景：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)、超可靠低延遲通信(uRLLC)和海量機(jī)器通信(mMTC)。eMBB，uRLLC，mMTC三大應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力需求有很大差異。

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是5G網(wǎng)絡(luò)為不同應(yīng)用場(chǎng)景提供差異化服務(wù)的關(guān)鍵。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片，運(yùn)營(yíng)商在一個(gè)通用物理平臺(tái)上構(gòu)建多個(gè)專用的、虛擬化的、互相隔離的邏輯網(wǎng)絡(luò)，來(lái)滿足不同客戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的不同要求，進(jìn)而最大程度提升網(wǎng)絡(luò)對(duì)外部環(huán)境、客戶需求和業(yè)務(wù)場(chǎng)景的適應(yīng)性，提升網(wǎng)絡(luò)資源使用效率，最優(yōu)化運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，構(gòu)建靈活和敏捷的 5G 網(wǎng)絡(luò)[1]。

本文給出了5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的概念、端到端架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀、實(shí)現(xiàn)過(guò)程以及網(wǎng)絡(luò)切片商用化尚需解決的相關(guān)問(wèn)題等方面內(nèi)容，旨在為讀者了解和掌握5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀提供重要參考。

1 5G網(wǎng)絡(luò)切片的概念

根據(jù)5G白皮書[2-3]，5G網(wǎng)絡(luò)需要支持3個(gè)新的應(yīng)用場(chǎng)景，不同應(yīng)用場(chǎng)景的用戶對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)有不同的功能(如優(yōu)先級(jí)、計(jì)費(fèi)、策略控制、安全、移動(dòng)性等)和性能(如時(shí)延、可靠性、速率、吞吐量、連接密度等)要求，甚至希望為其提供專門服務(wù)[4]。從功能的角度來(lái)看，最合乎邏輯的方法是構(gòu)建一組專用網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)適用于一種類型的業(yè)務(wù)用戶，這些專用網(wǎng)絡(luò)將允許實(shí)現(xiàn)針對(duì)每個(gè)企業(yè)客戶需求而定制的功能和網(wǎng)絡(luò)操作。傳統(tǒng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)僅使用物理節(jié)點(diǎn)構(gòu)建，網(wǎng)絡(luò)是靜態(tài)配置的，只需滿足“單租戶應(yīng)用環(huán)境”的需求，這種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建思想顯然不是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的目標(biāo)。

隨著云計(jì)算、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)等新技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建新思路的出現(xiàn)，基于一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建不同邏輯網(wǎng)絡(luò)的思想應(yīng)運(yùn)而生，這種邏輯網(wǎng)絡(luò)被稱為網(wǎng)絡(luò)切片。5G網(wǎng)絡(luò)切片是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式的一種全新嘗試，是NFV技術(shù)應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵特征。利用NFV技術(shù)可將5G網(wǎng)絡(luò)物理基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)場(chǎng)景需求虛擬化為多個(gè)相互獨(dú)立的虛擬網(wǎng)絡(luò)切片，每個(gè)切片按照業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求和話務(wù)模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能的定制裁剪和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源編排管理。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例可以視為一個(gè)實(shí)例化的5G端到端網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片內(nèi)，運(yùn)營(yíng)商可以進(jìn)一步對(duì)虛擬資源進(jìn)行靈活分割，按需創(chuàng)建子網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)切片的構(gòu)建理念，不難理解，網(wǎng)絡(luò)切片并不僅限于為eMBB，uRLLC，mMTC三類應(yīng)用場(chǎng)景服務(wù)，它還可以滿足運(yùn)營(yíng)商更加靈活的定制服務(wù)需求，具體包括：① 滿足不同用戶或者業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的需求，這種切片可以稱為服務(wù)質(zhì)量切片；② 滿足不同種類業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能的需求，這種切片可以稱為功能定制切片；③ 滿足虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者或服務(wù)提供者需求，將網(wǎng)絡(luò)資源劃分為不同資源子集的切片，這種切片可以稱為虛擬運(yùn)營(yíng)切片。

2 5G網(wǎng)絡(luò)切片的架構(gòu)

5G網(wǎng)絡(luò)切片是一種端到端的技術(shù)，每個(gè)端到端的切片由無(wú)線網(wǎng)、核心網(wǎng)和承載網(wǎng)三類子切片組合而成[5]，并通過(guò)端到端的切片管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的全生命周期管理。不同的網(wǎng)絡(luò)子切片有不同的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和方法。端到端的5G網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)[1]如圖1所示。

圖1 端到端的5G網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)

2.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)子切片

為滿足5G網(wǎng)絡(luò)不同用戶和業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的差異化需求，通過(guò)切片技術(shù)將單一物理接入網(wǎng)絡(luò)劃分為擁有不同資源、不同協(xié)議進(jìn)程以及承載能力的邏輯網(wǎng)絡(luò)，是一種有效的解決方案。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)切片也是一種使多種無(wú)線接入技術(shù)共存和不同運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)頻譜共享的重要方法。

根據(jù)《中國(guó)聯(lián)通5G網(wǎng)絡(luò)切片白皮書》，為支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)切片，5G無(wú)線網(wǎng)要支持有源天線單元(AAU)/中心單元(CU)/分布式單元(DU)的靈活切分和部署，滿足不同場(chǎng)景下的切片組網(wǎng)需求。CU可云化部署，方便無(wú)線資源的集中管理，也可下沉與 DU 合一部署降低傳輸時(shí)延，滿足低時(shí)延場(chǎng)景的需求。同時(shí)，統(tǒng)一的空口框架、靈活的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支持切片無(wú)線資源的靈活分配，配合 Massive MIMO，Mini-slot等關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同切片場(chǎng)景下對(duì)空口的差異化需求。

2.2 核心網(wǎng)子切片

5G核心網(wǎng)切片主要是為了滿足三大應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)核心網(wǎng)不同的功能和性能要求。核心網(wǎng)包括移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、計(jì)費(fèi)及QoS等功能，這些功能在不同的5G場(chǎng)景下有不同的設(shè)計(jì)機(jī)制來(lái)滿足質(zhì)量可保證的網(wǎng)絡(luò)切片需求。如移動(dòng)性管理功能將引入新的移動(dòng)性狀態(tài)和按需移動(dòng)性管理機(jī)制，以提升用戶體驗(yàn)；會(huì)話管理功能將支持新的PDU類型，定義3種會(huì)話及業(yè)務(wù)連續(xù)性機(jī)制；QoS功能將基于流粒度執(zhí)行QoS，且QoS可根據(jù)業(yè)務(wù)流實(shí)時(shí)變化。

5G核心網(wǎng)在NFV的基礎(chǔ)上進(jìn)一步引入服務(wù)化架構(gòu)(SBA)，將網(wǎng)絡(luò)功能解耦為服務(wù)化組件，同時(shí)采用無(wú)狀態(tài)設(shè)計(jì)，使用輕量開(kāi)放的接口，使得5G核心網(wǎng)具有敏捷、易拓展、靈活、開(kāi)放的特性，這些特性為實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)切片奠定了基礎(chǔ)。

2.3 承載網(wǎng)子切片

承載網(wǎng)子切片是通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)滟Y源(如鏈路、節(jié)點(diǎn)、端口、承載網(wǎng)元內(nèi)部資源)進(jìn)行虛擬化，按需組織形成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)(vNet)。vNet具有類似物理網(wǎng)絡(luò)的特征和要素，包括連接(拓?fù)?、帶寬、時(shí)延、抖動(dòng))、計(jì)算(CPU、RAM、GPU、虛擬機(jī)資源等)、存儲(chǔ)(云存儲(chǔ)、CDN存儲(chǔ)、ICN設(shè)備存儲(chǔ)等)和管理4個(gè)部分。

5G承載網(wǎng)是一個(gè)支持多業(yè)務(wù)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，既支持 3GPP 業(yè)務(wù)(uRLLC，eMBB，mMTC 等)，也支持非 3GPP 業(yè)務(wù)的承載，因此承載網(wǎng)子切片之間需要相互隔離，適配各種類型服務(wù)并滿足用戶的不同需求。FlexE，RSVP_TE 隧道及VLAN 等技術(shù)，滿足不同隔離要求下的切片需要；FlexE，F(xiàn)lexO等創(chuàng)新技術(shù)的采用使虛擬網(wǎng)絡(luò)/切片具備剛性管道能力，滿足高隔離要求下的底層快速轉(zhuǎn)發(fā)；SDN 架構(gòu)的層次化控制器，實(shí)現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)和切片網(wǎng)絡(luò)的端到端統(tǒng)一控制和管理，滿足不同類型切片業(yè)務(wù)對(duì)傳輸?shù)囊骩1]。

2.4 網(wǎng)絡(luò)切片管理子系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)切片管理功能需要跨域協(xié)同(接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)及數(shù)據(jù)中心等)實(shí)現(xiàn)整體端到端切片的管理和編排，基于NFV/SDN的平臺(tái)管理是切片實(shí)例化的支撐技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)切片管理的實(shí)施過(guò)程需要把用戶業(yè)務(wù)級(jí)別的需求轉(zhuǎn)化為對(duì)各個(gè)域的網(wǎng)絡(luò)需求，實(shí)現(xiàn)端到端的切片整體設(shè)計(jì)和生命周期管理(切片上線、下線、更新及擴(kuò)縮容等)。切片生命周期管理需要與NFV/SDN虛擬化生命周期管理協(xié)同。

3GPP SA5工作組在TS 28.533[6]中定義了面向部署的3級(jí)管理功能：通信服務(wù)管理功能(CSMF)、網(wǎng)絡(luò)切片管理功能(NSMF)、網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理功能(NSSMF)，以及NSSMF與網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化生命周期管理的交互接口。租戶或企業(yè)通過(guò)CSMF訂購(gòu)網(wǎng)絡(luò)切片，并提交相關(guān)的需求；NSMF負(fù)責(zé)將CSMF的需求轉(zhuǎn)化成切片需要的SLA，并分解到各個(gè)子切片的需求；NSSMF負(fù)責(zé)子網(wǎng)的編排和部署。網(wǎng)絡(luò)切片管理服務(wù)的生產(chǎn)者可以使用NFV MANO提供的管理界面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(NS)的生命周期管理、VNF的生命周期管理以及支撐VNF的虛擬資源的性能管理、故障管理和配置管理。

網(wǎng)絡(luò)切片管理架構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)切片管理架構(gòu)

3 關(guān)鍵技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)切片不是一個(gè)單獨(dú)的技術(shù)，它是基于云計(jì)算、SDN、NFV及分布式云架構(gòu)等技術(shù)群實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)上層統(tǒng)一的編排使網(wǎng)絡(luò)具備管理和協(xié)同能力。其中，SDN/NFV技術(shù)是實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)切片的技術(shù)基礎(chǔ)，SDN/NFV使用開(kāi)放協(xié)議將軟件與硬件分離，并通過(guò)控制平面管理網(wǎng)絡(luò)行為使5G網(wǎng)絡(luò)為不同用戶提供不同類型的服務(wù)。此外，要實(shí)現(xiàn)靈活定制、安全隔離、質(zhì)量可控的網(wǎng)絡(luò)切片還需要以下技術(shù)進(jìn)行支持。

3.1 無(wú)線網(wǎng)子切片

(1) 統(tǒng)一空口，支持切片

無(wú)線網(wǎng)基于統(tǒng)一的空口框架，采用靈活的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的切片需求，無(wú)線網(wǎng)為每個(gè)切片進(jìn)行專用無(wú)線資源RB的分配和映射，形成切片間資源隔離；再進(jìn)行幀格式、調(diào)度優(yōu)先級(jí)等參數(shù)的配置，保證切片空口側(cè)的性能需求。

(2) 靈活切分和部署

根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景及資源情況，對(duì)無(wú)線網(wǎng)進(jìn)行CU/DU功能的靈活切分和部署。eMBB場(chǎng)景對(duì)帶寬要求較高，對(duì)應(yīng)時(shí)延要求差異較大，CU集中部署的位置需要根據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)延要求來(lái)確定；mMTC場(chǎng)景對(duì)時(shí)延和帶寬都無(wú)要求，盡量進(jìn)行集中部署；uRLLC場(chǎng)景對(duì)時(shí)延要求極其苛刻，一般采用CU/DU合設(shè)部署的方式，降低傳輸時(shí)延[1]。

3.2 核心網(wǎng)子切片

5G核心網(wǎng)子切片關(guān)鍵技術(shù)包括基于微服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)切片構(gòu)建和切片能力開(kāi)放等關(guān)鍵技術(shù)。

(1) 基于微服務(wù)的切片構(gòu)建

SBA為5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)功能基于模塊化拆解，解耦的網(wǎng)絡(luò)功能可獨(dú)立擴(kuò)容、獨(dú)立演進(jìn)、按需部署。3GPP將5G核心網(wǎng)定義為標(biāo)準(zhǔn)的NF服務(wù)和公共服務(wù)，可通過(guò)可視化編排工具，靈活編排組裝NF，形成所需的網(wǎng)絡(luò)切片。

(2) 切片的能力開(kāi)放

通過(guò)SBA架構(gòu)，5G核心網(wǎng)能力開(kāi)放功能可直接或者通過(guò)能力開(kāi)放平臺(tái)向外部應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，滿足外部對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的要求。

3.3 承載網(wǎng)子切片

(1) 基于SDN的承載網(wǎng)子切片

SDN實(shí)現(xiàn)了控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面的解耦，使物理網(wǎng)絡(luò)具有開(kāi)放、可編程特征。控制平面完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唾Y源統(tǒng)一管理、網(wǎng)絡(luò)抽象、路徑計(jì)算以及策略管理等功能，借助SDN控制面可將物理轉(zhuǎn)發(fā)資源抽象為虛擬的設(shè)備節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)連接，并根據(jù)策略將這些虛擬資源進(jìn)行分組管理，形成獨(dú)立的邏輯切片[1]。

(2) 承載網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)面切片技術(shù)

承載網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)面的切片技術(shù)可分為軟切片技術(shù)和硬切片技術(shù)。軟切片是在鏈路層或以上，基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的切片技術(shù)，如：基于多協(xié)議標(biāo)記交換協(xié)議(IP/MPLS)的隧道技術(shù)，基于虛擬專網(wǎng)(VPN)、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)等的虛擬化技術(shù)。硬切片是在物理層，基于物理剛性管道的切片技術(shù)，如：FlexE技術(shù)。FlexE技術(shù)通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)捆綁后的物理端口劃分為多個(gè)邏輯端口實(shí)現(xiàn)切片，可實(shí)現(xiàn)帶寬的靈活調(diào)整及邏輯端口之間的隔離。

在實(shí)際應(yīng)用中，也可以采用混合硬切片和軟切片的方案，硬切片方式保證業(yè)務(wù)的隔離安全和低時(shí)延等需求，軟切片方式支持業(yè)務(wù)的帶寬復(fù)用。

4 標(biāo)準(zhǔn)化與實(shí)現(xiàn)

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化情況

5G網(wǎng)絡(luò)端到端的切片技術(shù)跨越不同的技術(shù)領(lǐng)域，包括接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等，在運(yùn)維管理層面，涉及不同的運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商。為了統(tǒng)一產(chǎn)業(yè)鏈共識(shí)并形成協(xié)同效應(yīng)，全球相關(guān)垂直行業(yè)組織(如5GAA)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(如GSMA，NGMN)、標(biāo)準(zhǔn)化組織(如3GPP，ITU，ETSI，IETF)均對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片展開(kāi)相關(guān)研究或標(biāo)準(zhǔn)化工作[7]。參與網(wǎng)絡(luò)切片研究和標(biāo)準(zhǔn)化的組織如圖3所示。

圖3 參與網(wǎng)絡(luò)切片研究和標(biāo)準(zhǔn)化的組織

在所有從事網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)化工作的組織機(jī)構(gòu)中，3GPP開(kāi)展的工作最全面、最系統(tǒng)，其SA1，SA2，SA3，SA5等工作組分別從網(wǎng)絡(luò)切片的應(yīng)用場(chǎng)景與需求、系統(tǒng)架構(gòu)、安全機(jī)制、創(chuàng)建與管理等方面開(kāi)展系統(tǒng)性研究。目前，3GPP已經(jīng)發(fā)布了包括網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)、標(biāo)識(shí)、操作及管理等相關(guān)內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)，具體標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)文獻(xiàn)[6，8-14]。

對(duì)國(guó)內(nèi)而言，隨著5G網(wǎng)絡(luò)商用化進(jìn)程的推進(jìn)，中國(guó)通信領(lǐng)域?qū)?G技術(shù)開(kāi)展了全面的標(biāo)準(zhǔn)化工作。其中，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)牽頭開(kāi)展了包括核心網(wǎng)切片、承載網(wǎng)切片、網(wǎng)絡(luò)切片安全及切片智能化管理等方面的關(guān)鍵技術(shù)研究，相關(guān)研究成果將支撐網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化；中國(guó)IMT-2020 (5G)推進(jìn)組、中國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商、以華為公司為代表的設(shè)備商等也發(fā)布了與5G網(wǎng)絡(luò)切片相關(guān)的白皮書[1，15-18]。

4.2 網(wǎng)絡(luò)切片的實(shí)現(xiàn)

4.2.1 終端和網(wǎng)絡(luò)需增加的新功能

要實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)切片，基于SDN/NFV構(gòu)建無(wú)線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和承載網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施是基礎(chǔ)。

為了支持網(wǎng)絡(luò)切片功能，5G核心網(wǎng)引入一個(gè)被稱為網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能(NSSF)的網(wǎng)元，并定義了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片選擇標(biāo)識(shí)(S-NSSAI)[8]。NSSF的主要功能是為用戶選擇一組網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例，生成允許的網(wǎng)絡(luò)切片選擇輔助信息，并確定為終端服務(wù)的AMF；S-NSSAI用于標(biāo)識(shí)與服務(wù)類型匹配的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片。5G網(wǎng)絡(luò)還定義了與切片功能相關(guān)的用戶簽約數(shù)據(jù)，并由UDM存儲(chǔ)和管理。

此外，要實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)切片功能，5G網(wǎng)絡(luò)終端、無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)需要具備切片相關(guān)功能，具體說(shuō)明如下。

(1) 5G終端

終端能夠存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)切片相關(guān)標(biāo)識(shí)，并攜帶相關(guān)切片標(biāo)識(shí)傳給網(wǎng)絡(luò)；具備按應(yīng)用選擇網(wǎng)絡(luò)切片和同時(shí)接入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片或同時(shí)接入多個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片的能力；針對(duì)不同切片分配終端資源，滿足網(wǎng)絡(luò)切片質(zhì)量可保障的需求。

(2) 無(wú)線接入網(wǎng)

無(wú)線核心網(wǎng)需要具備切片感知功能；基于切片標(biāo)識(shí)選擇核心網(wǎng)；基站間交互基站級(jí)別的切片支持能力、傳遞會(huì)話級(jí)別的切片信息，用于切換和多連接操作；支持與核心網(wǎng)間交互切片支持能力，用于AMF選擇和用戶注冊(cè)區(qū)配置；能夠傳遞會(huì)話級(jí)別的切片信息，用于業(yè)務(wù)連接和切換。

(3) 核心網(wǎng)

核心網(wǎng)要支持網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)識(shí)的分配和選擇(用戶級(jí)別、會(huì)話級(jí)別)；具備切片會(huì)話接納控制、核心網(wǎng)切片功能定制以及切片業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)費(fèi)等功能。

4.2.2 網(wǎng)絡(luò)切片的業(yè)務(wù)流程

3GPPTS 23.502[10]定義了5G網(wǎng)絡(luò)的信令流程，其中包括用戶注冊(cè)時(shí)的切片選擇流程和PDU會(huì)話管理流程等，分別如圖4和圖5所示。

圖4 用戶注冊(cè)流程

圖5 用戶業(yè)務(wù)請(qǐng)求流程

圖4和圖5給出了5G網(wǎng)絡(luò)切片的工作流程：當(dāng)一個(gè)UE向網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)時(shí)，如果該UE有一個(gè)經(jīng)過(guò)配置的NSSAI或允許的NSSAI，它就會(huì)攜帶一個(gè)與該UE期望訪問(wèn)的切片類型相對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求NSSAI給網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)RAN收到來(lái)自UE、并攜帶有請(qǐng)求NSSAI的RRC消息時(shí)，會(huì)根據(jù)請(qǐng)求NSSAI選擇合適的AMF，并將與UE相關(guān)的消息轉(zhuǎn)發(fā)給AMF；AMF通過(guò)查詢UDM獲取用戶的簽約信息，簽約信息包含UE的簽約上下文，上下文中可以包含用戶的簽約S-NSSAI信息；AMF根據(jù)簽約的S-NSSAI驗(yàn)證是否允許請(qǐng)求的NSSAI；當(dāng)UE簽約上下文不包含允許的NSSAI時(shí)，AMF需要查詢NSSF；NSSF選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例，包括控制平面和用戶平面網(wǎng)絡(luò)功能，并作為UE服務(wù)的AMF集。然后，NSSF用允許的NSSAI回復(fù)當(dāng)前AMF，并轉(zhuǎn)發(fā)給UE。

網(wǎng)絡(luò)切片選擇策略將應(yīng)用與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)切片通過(guò)簽約S-NSSAI標(biāo)識(shí)。當(dāng)與特定S-NSSAI關(guān)聯(lián)的應(yīng)用請(qǐng)求業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，UE將通過(guò)切片的控制平面網(wǎng)絡(luò)功能發(fā)起PDU會(huì)話建立過(guò)程，后續(xù)，用戶數(shù)據(jù)流將由已定制的切片用戶平面功能處理。

5 商用化尚需解決的關(guān)鍵問(wèn)題

網(wǎng)絡(luò)切片是5G網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)核心功能，隨著5G網(wǎng)絡(luò)商用化進(jìn)程的鄰近，5G網(wǎng)絡(luò)切片的商用化部署也提上日程。由于網(wǎng)絡(luò)切片對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)而言是一個(gè)全新的事物，不僅涉及端到端組網(wǎng)、管理協(xié)同，還涉及應(yīng)用的可靠性、安全性等問(wèn)題，因而，截至目前，5G網(wǎng)絡(luò)切片商用化仍面臨系列挑戰(zhàn)。本節(jié)給出了5G網(wǎng)絡(luò)商用化需解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

5.1 網(wǎng)絡(luò)重建

由于5G網(wǎng)絡(luò)為所有通信業(yè)務(wù)提供無(wú)線連接，因此無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)和核心網(wǎng)(CN)都需要重建以支持端到端網(wǎng)絡(luò)切片。特別是在密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，不僅應(yīng)設(shè)計(jì)宏小區(qū)和微小區(qū)的協(xié)作以滿足定制的切片需求，還應(yīng)考慮多個(gè)無(wú)線接入技術(shù)的協(xié)作以提供無(wú)縫移動(dòng)性和高傳輸吞吐量[19]；此外，由于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)需要SDN/NFV技術(shù)作為支撐，因而無(wú)線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)的網(wǎng)元功能虛擬化構(gòu)建以及控制平面、數(shù)據(jù)平面、管理平面的分離和集中控制是必要條件。目前，RAN虛擬化具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵S多無(wú)線電資源處理組件仍然基于專用硬件。作為C-RAN，5G基站由一個(gè)可以承載容錯(cuò)功能的CU和多個(gè)DU組成。CU中的功能適合虛擬化，但由于對(duì)專用硬件加速的強(qiáng)烈依賴，DU中的功能難以虛擬化，最困難的挑戰(zhàn)之一是DU和物理通道的虛擬化。

5.2 網(wǎng)絡(luò)切片管理

網(wǎng)絡(luò)切片支持以獨(dú)立或抽象的方式為各種用例定制資源配置、管理模型和系統(tǒng)參數(shù)。雖然服務(wù)提供商和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)著手網(wǎng)絡(luò)切片的工業(yè)解決方案，但由于網(wǎng)絡(luò)切片中包含多維度的技術(shù)，如在服務(wù)級(jí)別創(chuàng)建、激活、維護(hù)和停用網(wǎng)絡(luò)切片；調(diào)整網(wǎng)絡(luò)級(jí)的負(fù)載均衡、計(jì)費(fèi)策略、安全性和QoS；虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源的抽象和隔離，片間和片內(nèi)資源的共享等；因而網(wǎng)絡(luò)切片的管理仍然是一個(gè)難題[20]。

考慮到不斷變化的用戶需求、分布式和動(dòng)態(tài)云資源狀態(tài)，如何優(yōu)化部署和動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)切片狀態(tài)也是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。其次，網(wǎng)絡(luò)切片涉及端到端的網(wǎng)絡(luò)資源，如云基礎(chǔ)設(shè)施，不同運(yùn)營(yíng)商管理領(lǐng)域的無(wú)線電和承載網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)不同網(wǎng)域的資源也是一個(gè)重要挑戰(zhàn)。此外，可以預(yù)計(jì)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)將持續(xù)蓬勃發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用場(chǎng)景將越來(lái)越豐富，管理的復(fù)雜度和難度也會(huì)持續(xù)增加。

5.3 網(wǎng)絡(luò)切片安全

網(wǎng)絡(luò)切片作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的新生事物，除了靈活、高效的服務(wù)模式外，其安全問(wèn)題也是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。早在2016年，NGMN聯(lián)盟就分析了5G網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)后可能面臨的安全威脅和安全缺陷，列舉了切片安全需要關(guān)注的10個(gè)問(wèn)題[21]。要實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)切片的商用化，5G網(wǎng)絡(luò)切片的安全問(wèn)題需要著重考慮。

3GPP等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片提出了其需要滿足的安全需求，對(duì)潛在的安全威脅、安全特性和解決方案方面也展開(kāi)了標(biāo)準(zhǔn)化研究。具體來(lái)說(shuō)，在Rel-14階段，網(wǎng)絡(luò)切片的安全研究主要集中在切片隔離、網(wǎng)絡(luò)切片安全機(jī)制差異化、接入安全等方面[22]。在Rel-15階段，下一代系統(tǒng)的安全架構(gòu)和流程的研究過(guò)程中，對(duì)用戶接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的切片認(rèn)證流程給出了標(biāo)準(zhǔn)化的方案[23]。在Rel-16階段，網(wǎng)絡(luò)切片安全主要對(duì)前階段遺留的開(kāi)放性問(wèn)題進(jìn)行了研究，包括接入特定網(wǎng)絡(luò)切片的認(rèn)證、密鑰隔離、NSaas安全功能以及安全隱私方面[24]。

從目前網(wǎng)絡(luò)切片的研究和標(biāo)準(zhǔn)化情況看，相關(guān)安全機(jī)制尚沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，離落地還有比較長(zhǎng)的距離，這也是5G網(wǎng)絡(luò)切片商用化面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)切片是下一代網(wǎng)絡(luò)的重要元素，是運(yùn)營(yíng)商為不同應(yīng)用場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求提供定制化服務(wù)的使能技術(shù)。要在5G網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，不僅涉及端到端的網(wǎng)絡(luò)重建、管理模式的全新改變，其技術(shù)和商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式也面臨諸多挑戰(zhàn)。從目前主流運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商推出的5G建網(wǎng)方案可以看出，他們正在遵循平滑演進(jìn)思路，在前期組網(wǎng)方案中已經(jīng)考慮了網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用模式。從網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀也可以看出，中國(guó)的5G技術(shù)已經(jīng)走在了世界前列，無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商還是設(shè)備廠商的主導(dǎo)地位越來(lái)越明顯，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)率先在國(guó)內(nèi)商用指日可待。