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洞悉物联网发展1000问之到底什么是5G网络切片?

2019/4/23 8:50:00

今天笔者来讲一个新的概念,就是5G网络切片!网络还能切片?这到底是什么意思?5G新时代,有必要补补课!

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?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?

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。

首先要从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,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以不同的资源,不同的服务质量,这就是QoS(Quality of Service)。

于是,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。

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。

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,而是万物互联的时代。

5G网络的三大场景及其QoS需求:

1.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。

2.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。

3.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。

例如,自动驾驶在行驶过程中,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。

而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,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。

这下子终于找到了网络切片的核心内涵了!

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?

接下来引入NFV和SDN技术了。

第一,NFV的全称是“Network function virtualization”,就是网络虚拟化。

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。

第二,SDN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。

依托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。

请务必记住这两个关键词:网络虚拟化NFV和软件定义网络SDN!

跟3G和4G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,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。

这样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。

最后探讨基于网络切片的商业模式创新!

基于网络切片,运营商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。

DevOps工作流源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5G规模商用的临近,仔细想想网络切片,然后寻找符合自己要求的切片模式,这就是5G带来的商业机会。

不懂点儿技术,就只能干等着人家大块分钱,享受5G带来的红利啦!未来将是物联世界,让我们相约2019年11月19-21日,相约2019(第三届)全球物联网大会—寻找思考者!

——————本文完——————

声明:本文系《洞悉——物联网发展1000问》系列文章第三十八篇,旨在希望通过系统性与行业专业视角就物联网产业当前发展现状与经济潜力予以分析和分享。IOT物联网,万物互联,互联万物。

作者:王正伟 中关村物联网产业联盟秘书长 全球物联网大会主席 本文系作者原创


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