圖片來自“東方IC”

【編者按】如果說4G網(wǎng)絡(luò)是一把刀，雖然鋒利但用途單一;那么，5G網(wǎng)絡(luò)就是一把瑞士軍刀，靈活方便、用途多功能強(qiáng)，而網(wǎng)絡(luò)切片正是發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的利器。

話說在5G時代，茍日新，日日新，又日新，一個個新的概念層出不窮，讓人目不暇接。

網(wǎng)絡(luò)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個完整的東西切成薄片。于是切面包或者切西瓜這一系列畫面映入腦海。

切”，漢字部件構(gòu)造：七刀。例如：切片，本意是“從物品上切出的扁薄部分”。

然而，網(wǎng)絡(luò)就是一臺臺硬件設(shè)備，還有上面飛奔的數(shù)據(jù)，這切片到底是咋回事?這就引出了下面這一連串的問號：

為什么5G需要網(wǎng)絡(luò)切片?

網(wǎng)絡(luò)切片，到底切的是什么?

怎么實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片?

5G網(wǎng)絡(luò)切片會帶來哪些商業(yè)模式的更新?

一頭霧水

要回答“為什么5G需要網(wǎng)絡(luò)切片”這個問題，就首先需要明白網(wǎng)絡(luò)切片到底是什么。首先我們將從5G的前輩，3G和4G說起。

從3G時代開始，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也就是“手機(jī)上網(wǎng)”這一需求異軍突起，對于運營商來說，流量就是嘩嘩進(jìn)賬的銀子啊。但網(wǎng)絡(luò)資源有限，不可能保證所有業(yè)務(wù)都能全速進(jìn)行，總得撿重要的首先保障。

最簡單的方式就是對業(yè)務(wù)進(jìn)行分類，給予不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)不同的資源，不同的服務(wù)質(zhì)量，這就是QoS(Quality of Service)的來源。

3G網(wǎng)絡(luò)，拉開了無線互聯(lián)網(wǎng)的序幕!

于是，一幫專家們對所有用戶的各種類型的業(yè)務(wù)進(jìn)行了充分研究之后，根據(jù)不同業(yè)務(wù)對時延、丟包率的不同要求進(jìn)行了如下的分類：

會話類：語音和視頻電話就是最典型的會話類業(yè)務(wù)，其特點是端到端時延小，業(yè)務(wù)量上下行對稱或幾乎對稱。

交互類：交互類業(yè)務(wù)一般指的是終端和服務(wù)器進(jìn)行在線數(shù)據(jù)交互的業(yè)務(wù)，特點是請求響應(yīng)模式。最典型的交互類業(yè)務(wù)就是網(wǎng)頁瀏覽、數(shù)據(jù)庫檢索、網(wǎng)絡(luò)游戲等。

流媒體類：流類業(yè)務(wù)也是實時性的，但是由于它是單向傳輸，不需要進(jìn)行交互，所以實時性要求沒有會話類業(yè)務(wù)那么嚴(yán)格，并且允許一定的丟包率和錯包率。典型的流類業(yè)務(wù)是人們在網(wǎng)絡(luò)上欣賞音頻或者視頻節(jié)目。

后臺類：背景類業(yè)務(wù)包括一些自動的后臺電子郵件接收、彩信或者接收一些文件和數(shù)據(jù)庫下載。這類業(yè)務(wù)的特點是用戶對傳輸時間沒有特別的要求，但是對丟包率的要求很高。

3G定義的業(yè)務(wù)類型

根據(jù)這些不同的業(yè)務(wù)的需求排出個優(yōu)先級，優(yōu)先保證對網(wǎng)絡(luò)要求高的業(yè)務(wù)，然后再兼顧低優(yōu)先級的業(yè)務(wù)。這樣所有業(yè)務(wù)都能基本滿足，大家都滿意。

到了4G時代，更是定義了9種最基本的QoS等級，對于不同業(yè)務(wù)的服務(wù)級別的管理更加精細(xì)化。

4G標(biāo)準(zhǔn)的QoS等級定義

可是到了5G時代，這一切都發(fā)生了變化。

因為5G不再只用于人和人之間的通信，而是懷揣著萬物互聯(lián)的夢想而降生。

5G網(wǎng)絡(luò)的三大場景及其QoS需求

我們來看看上圖中的5G的三大場景對于網(wǎng)絡(luò)的需求：

增強(qiáng)型移動寬帶(eMBB)：需要關(guān)注峰值速率，容量，頻譜效率，移動性，網(wǎng)絡(luò)能效等這些指標(biāo)，和傳統(tǒng)的3G和4G類似。

海量機(jī)器通信(mMTC)：主要關(guān)注連接數(shù)，對下載速率，移動性等指標(biāo)不太關(guān)心。

高可靠低時延通信(uRLLC)：主要關(guān)注高可靠性，移動性和超低時延，對連接數(shù)，峰值速率，容量，頻譜效率，網(wǎng)絡(luò)能效等指標(biāo)都沒有太大需求。

所謂汝之蜜糖，彼之砒霜，這些業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)要求側(cè)重點的完全不同。

例如，自動駕駛需要在行駛過程中，為了應(yīng)對危險，需要在1毫秒左右的超低時延內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行極高可靠的通信。與之不同的是，自來水公司擁有成千上萬個智能水表需要上報數(shù)據(jù)，因此超大容量是至關(guān)重要的，至于網(wǎng)速慢一些，誤碼率高一些問題都不大，甚至連小區(qū)切換功能都不需要。

這些不同業(yè)務(wù)截然不同的特點，讓脫胎于3G和4G時代，僅針對智能手機(jī)的移動寬帶業(yè)務(wù)的QoS方案使用起來捉襟見肘。

并且，在5G時代“萬物互聯(lián)”的宏大構(gòu)想內(nèi)，除了eMBB繼承自之前的手機(jī)上網(wǎng)業(yè)務(wù)之外，mMTC和uRLLC都是屬于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。運營商要開展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，必然涉及到和其他物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商的合作和定制化，如何為合作伙伴提供一張按需定制，獨立運維，穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡(luò)，也就成了亟需解決的技術(shù)需求。

于是，這些聰明的工程師想到了一個點子：何不布上幾張獨立的子網(wǎng)絡(luò)來支持5G的幾大場景?這些子網(wǎng)絡(luò)的無線、承載和核心網(wǎng)等資源都完全和其他網(wǎng)絡(luò)隔離開來，而QoS依舊只局限在某一張子網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量管理。

比如說，我們建上三大類子網(wǎng)絡(luò)：eMBB，mMTC和uRLLC各一類，這些網(wǎng)絡(luò)之間是獨立不受影響，每張子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的不同業(yè)務(wù)依舊使用QoS來管理。并且在同一類子網(wǎng)絡(luò)之下，還可以再次進(jìn)行資源的劃分，形成更低一層的子網(wǎng)絡(luò)，比如mMTC子網(wǎng)絡(luò)還可以按需分為：智能停車子網(wǎng)絡(luò)，自動抄表子網(wǎng)絡(luò)，智慧農(nóng)業(yè)子網(wǎng)絡(luò)等等。

相當(dāng)于把QoS從二維擴(kuò)展到了三維，這些相互隔離的子網(wǎng)絡(luò)就叫做網(wǎng)絡(luò)切片或者子切片。

5G網(wǎng)絡(luò)切片劃分示意圖

既然要切片，首先必須要把各個模塊統(tǒng)一起來管理，形成一個有機(jī)整體，然后才能有切片的可能。就像制作切片面包一樣，先要把面粉、雞蛋，奶等各種原料糅合，經(jīng)由發(fā)酵過程，在烤制成一大塊的完整面包之后，才能進(jìn)行切片，不同切片再通過協(xié)調(diào)工作，才能組成美味的三明治。

那么5G是怎樣實現(xiàn)各個模塊的統(tǒng)一管理和資源切分呢?這就要引入NFV和SDN技術(shù)了。

NFV的全稱是“Network function virtualization”，這就是大名鼎鼎的虛擬化。隨著通用服務(wù)器處理能力的大幅增強(qiáng)，便有了余力拿出一部分資源作為虛擬化層，把網(wǎng)絡(luò)中的計算(類似電腦的CPU，內(nèi)存)、存儲(類似電腦的硬盤)，以及網(wǎng)絡(luò)(類似電腦的網(wǎng)卡)這些資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，按需劃分。這樣一來，一臺，甚至多臺物理服務(wù)器的硬件就形成了資源池，可以按照需要劃分成若干邏輯服務(wù)器，供各種應(yīng)用來使用。

虛擬化基本架構(gòu)

SDN的全稱是“Software Defined Network”，又叫軟件定義網(wǎng)絡(luò)。區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的各個路由轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點各自為政，獨立工作的現(xiàn)狀，SDN引入了中樞控制節(jié)點：控制器，用來統(tǒng)一指揮下層設(shè)備的數(shù)據(jù)往哪里發(fā)，下層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只需要照著執(zhí)行即可。這樣一來，就像網(wǎng)絡(luò)有了大腦一樣，可以實現(xiàn)控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離，網(wǎng)絡(luò)靈活性和可擴(kuò)展性大為增強(qiáng)。

SDN架構(gòu)

依托如今大行其道的虛擬化和軟件定義網(wǎng)絡(luò)(NFV/SDN技術(shù)，我們可以把所有的硬件抽象為計算，存儲和網(wǎng)絡(luò)這三類資源進(jìn)行統(tǒng)一管理分配，給不同的切片不同大小的資源，且完全隔離互不干擾，實現(xiàn)了邏輯上的高層統(tǒng)一管理和靈活切割。因此NFV/SDN成為了網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的基礎(chǔ)。

5G網(wǎng)絡(luò)切片和壽司像極了!

遙想3G和4G時代的QoS管理，雖說無線，承載跟核心網(wǎng)都有參與，但卻是在各立山頭，分別處理，都只管自己的那一畝三分地，沒有任何的全局把控。

跟3G和4G錦上添花的QoS管理功能不同，5G對網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行了全面的設(shè)計，可以對各類資源及QoS進(jìn)行端到端的管理，橫貫無線，承載與核心網(wǎng)，并使之成為5G網(wǎng)絡(luò)的基本特征之一。

在這樣的架構(gòu)之下，在負(fù)責(zé)高層網(wǎng)絡(luò)切片管理功能之下，分為無線，承載，核心網(wǎng)幾個子切片，分工合作，完成重任。

這樣一來，網(wǎng)絡(luò)切片就劃分為了縱向和橫向兩個維度。先在縱向的無線，承載，核心網(wǎng)子切片完成自身的管理功能，再在橫向上組成各個功能端到端的網(wǎng)絡(luò)切片。所謂橫向協(xié)同，縱向到底。

5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片及統(tǒng)一管理

無線子切片：切片資源劃分和隔離，切片感知，切片選擇，移動性管理，每個切片的QoS保障。

承載子切片：基于SDN的統(tǒng)一管理，承載也可以被抽象成資源池來進(jìn)行靈活分配，從而切割成網(wǎng)絡(luò)切片。

核心網(wǎng)子切片：核心網(wǎng)在5G時代可謂變得媽都不認(rèn)識了，基于SBA(服務(wù)化架構(gòu) Service Based Architecture)，以前所有的網(wǎng)元都被打散，重構(gòu)為一個個實現(xiàn)基本功能集合的微服務(wù)，再由這些微服務(wù)像搭積木一樣按需拼裝成網(wǎng)絡(luò)切片。

最后，經(jīng)過無線，承載和核心網(wǎng)這些縱向子切片的協(xié)同工作，為端到端的橫向切片：eMBB、mMTC和uRLLC提供支撐，不同的業(yè)務(wù)得以在不同的切片之上暢行。

基于網(wǎng)絡(luò)切片，運營商以此可以把業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)的語音和數(shù)據(jù)拓展到萬物互聯(lián)，也將形成新的商業(yè)模式，從傳統(tǒng)的通信提供商蛻變?yōu)槠脚_提供商，通過網(wǎng)絡(luò)切片的運營，為垂直行業(yè)提供實驗、部署和管理的平臺，甚至提供端到端的服務(wù)。

運營商可以用B2B2C的方式來銷售網(wǎng)絡(luò)切片，并通過引入DevOps(開發(fā)和運營同步進(jìn)行)的理念和模式，可以極大地提升切片運營的效率。

網(wǎng)絡(luò)切片的運營閉環(huán)

DevOps工作流肇端于客戶的切片訂購和需求輸入，然后經(jīng)過切片模型定義，切片設(shè)計，切片部署，切片監(jiān)控，切片保障和切片運營這樣一個切片設(shè)計和運營的閉環(huán)，使5G網(wǎng)絡(luò)切片靈活高效運轉(zhuǎn)。

結(jié)語：如果說4G網(wǎng)絡(luò)是一把刀，雖然鋒利但用途單一;那么，5G網(wǎng)絡(luò)就是一把瑞士軍刀，靈活方便、用途多功能強(qiáng)，而網(wǎng)絡(luò)切片正是發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的利器。

隨著2020年5G規(guī)模商用的臨近，5G正在積極熱身排練，即將閃亮登場。