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網絡切片支持個性化需求讓5G分身有術

2019-12-11 09:36:22  來源:科技日報

據報道,中興通訊近日攜手中國電信浙江公司助力中控集團開通全國首個5G獨立組網(SA)站點,并將“5G切片+邊緣計算+智能制造”在浙江成功試商用,助力企業打造5G智慧新工廠。

那么,新聞中提到的切片是什么?它具有哪些技術優勢?在5G時代,網絡切片技術有哪些應用場景?作為業務時延和安全性的重要保障,網絡切片技術在應用上還面臨哪些瓶頸?

針對上述問題,科技日報記者采訪了業內相關專家。

將5G網絡切成多張虛擬網絡

對多數公眾而言,網絡切片的概念顯得專業而陌生。北京郵電大學信息與通信工程學院教授黃韜對科技日報記者解釋道,網絡切片是指將運營商的基礎網絡資源按用戶需求進行切分,并分配給用戶進行使用的技術,這些需求包括時延、帶寬等。

從技術原理角度來看,通過對各種物理或邏輯網絡資源,比如頻段、時間、設備、端口、帶寬等進行虛擬化,網絡切片將網絡資源切分成更細的粒度或者聚合成更粗的粒度,并借助相關軟件靈活地將網絡資源按需分配給不同用戶,在滿足每個用戶個性化需求的同時,保證不同用戶間的網絡資源相互隔離。

在北京理工大學計算機網絡及對抗技術研究所所長閆懷志看來,所謂網絡切片,其本質上是5G時代移動通信網的一種按需組網方式。

“我們可以把5G移動通信網比作一整塊面包,運營商將這塊面包切成很多塊,即多張端到端的虛擬網絡,以支持更多業務。每張網絡切片從無線接入網、承載網再到核心網都實現邏輯隔離,以適配不同的需求和應用場景。”閆懷志解釋道。

那么,網絡切片是5G時代的專屬嗎?

對此,黃韜并不認同。他指出,網絡切片被大家所了解是因為5G的發展,不過從技術的角度來看,網絡切片可被看作是一種通用的網絡能力,這種能力并不專屬于5G。事實上,2005年學術界就提出了網絡切片的概念,一些虛擬專網和4G移動通信網絡也可應用該技術,并在不同用戶間進行部分隔離,但隔離的程度并不徹底,這種網絡技術可被稱為軟切片。

“5G的愿景是在保留軟切片能力的基礎上,在技術上實現對5G網絡端到端(包括空口、回傳網、核心網)的資源強隔離。”黃韜進一步指出,從服務體驗上來看,分配給用戶多少網絡資源,用戶就一定可以用多少,這種技術可被稱為硬切片,但目前實現5G網絡端到端的硬切片仍面臨著比較大的技術挑戰。

可按需定制隔離度不同的切片

有專家表示,4G網絡的影響范圍主要集中在消費領域,而5G網絡有望為行業生產領域帶來巨大改變。5G時代,網絡切片將如何大顯身手呢?

閆懷志指出,5G網絡所提供的基礎網絡架構及其優良性能,為近來提出的網絡切片應用提供了前提條件,二者相輔相成、相得益彰。而此前的2G到4G網絡僅能滿足消費領域的單一語音通信或上網需求,難以處理5G新應用場景下的海量數據。在2G到4G時代,網絡切片既無強烈的應用需求,也不完全具備基本的網絡支持條件。

當前,5G的大規模應用遠未普及,相關應用生態正處于培育過程之中。閆懷志認為,未來可預期的典型5G應用場景包括智能系統、傳統通信和網絡服務、工業互聯網絡等,這些應用可依靠構建不同的網絡切片來實現。

“這些應用在服務模式、可用帶寬、傳輸速率、安全性及可靠性等應用需求上存在較大差異,因而對網絡切片技術提出了很高的要求。”閆懷志說。

對此,黃韜也表達了相近的觀點。他指出,部分行業生產領域對于網絡的要求比較嚴格,如果發生網絡資源競爭,將會給生產環節帶來極大的風險與不確定性,而利用“軟切片+硬切片”的組合技術,5G能針對不同行業的需求定制出隔離度不同的網絡切片,以滿足不同行業對網絡的多樣需求。

黃韜舉例道,比如,既可以切分出低時延切片,也可以切分出高帶寬切片,還可以切分出海量連接切片。如果用戶對安全有極致的要求,還可以交付給用戶端到端的獨享切片。

因此,5G的網絡切片作為一項基礎性技術可以廣泛地服務于各類行業應用。黃韜舉例道,比如VR直播、自動駕駛、遠程醫療等等,其中非常值得期待的,是5G網絡切片在工業物聯網領域中的應用。

“如果結合邊緣計算、人工智能等先進技術,5G網絡切片便可為制造業提供更強壯的‘四肢’與更智慧的‘大腦’,對制造的工藝與流程進行全面的觀察、分析與優化,從而實現智能制造,提高社會的整體生產效率。”黃韜說。

實現端到端的硬切片并非易事

網絡切片技術的優勢顯而易見,但在實際應用中也面臨諸多現實挑戰。

對此,閆懷志分析道,一方面,不同的5G網絡切片應用,需要配置與應用、業務相對應的獨立網絡,其接入機制、協議棧、接口等需要實現端對端耦合,目前尚無一個統一、規范的接入網絡架構來支持不同的切片用戶和業務接入。另一方面,網絡切片的部署和管理相對復雜,在資源共享、負載均衡、計費機制、切片啟停等方面還存在不少技術難題。

“因此,找到網絡切片完整的技術解決方案,需要各網絡產品供應商、網絡服務運營商齊心協力,構建完整的端到端的全系列標準協同與產品體系,而且還應有效平衡好網絡切片的成本和效益問題。”閆懷志指出。

事實上,從技術角度來看,最終實現5G網絡切片端到端的硬切片也非易事。這需要對包括空口、回傳網、移動核心網等環節逐個進行網絡資源的隔離。在各環節上還面臨一系列技術挑戰,比如,空口在高密度接入場景下的隔離、回傳網帶寬的最小隔離粒度、核心網相應的業務流程等等。

“另外,考慮到真正意義上的網絡端到端,5G其實只是完成了‘最后一公里’的接入,同樣不能忽視的、甚至更為關鍵的是完成長途傳送的互聯網。”黃韜指出,對于數據傳輸,傳統互聯網所采用的服務模型是“盡力而為”(Best-Effort),即網絡會盡最大可能來傳輸數據,但不能對時延、可靠性等性能提供保證。這就導致了傳統的互聯網環境,難以匹配5G網絡切片所提供的能力,這可能會成為行業應用發展的另一個瓶頸。

對此,黃韜打了一個形象的比方:“這就好比只保證了用戶從家門口到小區門口的路程,而無法保證其出了小區之后的路程,用戶的體驗是不完整的。”

在他看來,要解決這一問題,需要將互聯網從傳統的“盡力而為”升級為“確定可控”,這將是未來網絡一個重大的研究方向,它將從根本上變革互聯網的基因,推動“消費型互聯網”向“生產型互聯網”升級。

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