5g网络切片摘要

NS(network slice) Background

传统网络架构面临着结构封闭僵化，数据传输转发性能高度受限，资源利用率低。
将网络功能虚拟化（NFV)和软件定义网络（SDN）融合在一起－－基于NFV 和SDN的网络切片架构.根据第三份需求来为用户提供个性化的网络服务，实现网络资源的共享和隔离，节约运营商在基础设备方面的大量花费
IoT 大规模的机器通信，关键任务型通信。

NS introduction

端到端的逻辑网络。虚拟网络间的资源共享与隔离是网络切片的两个硬性指标。

NS Advantage

• 网络资源利用最优化。通过业务场景需求对网络进行定制化裁剪以及实现灵活的网元组网。
• 动态分配资源。提升网络的灵活性。当业务需求和用户数量出现动态变化时，可以将多个NS融合，或将一个NS切分成多个NS。
• 提高网络安全性。通过NS 可以将两个业务应用间的网络资源进行隔离和区分，一个切片的配置，拥塞和加载的调整不会影响其他切片。

NFV

主要实现传统电信设备的软硬件解耦，网元动态创建和提供虚拟资源，运用虚拟化技术将物理资源抽象化，形成可以供上层应用的虚拟资源，实现网络功能的虚拟化。

SDN

网络自动化，智能化，开放化（通过开放API和逻辑抽象业务）

基于SDN和NFV的网络切片架构

主要是从CN(core network),CN&RAN(radio access network,无线接入网),及RAN侧建立NS，其中CN侧居多。
一方面利用NS和NFV技术实现网络架构的灵活性以及虚拟资源共享，另一方面采用SDN控制器实现集中式方法来统一控制各个层的模块。

概述

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主要由五大部分组成

• OSS(operation support system,运营支撑系统)/BSS(business support system,业务支撑系统)
  • 全局管控，负责整个网络的基础设施和功能的静态配置，限制整体上对子网或者服务的资源，是整个网络的总管理模块。
  • 通过接收第三方（运营商，服务提供商）的需求来为虚拟化层中的网元管控模块提供定制化策略
  • 在切片建立的过程中为切片生成相对应的切片标识符
  • 通过分析第三方需求来对虚拟化层、SDN控制器、硬件资源和NFV管理和编排模块进行管理和配置，更新模块配置信息，维护SDN控制器的运行环境。
• 虚拟化层
  • 核心网虚拟网元管控
    利用NFV技术将CN中的网元进行解耦和重构，然后生成用户所需的功能网元，并能根据需求对核心网功能网元进行动态地修改、增加、释放
  • 接入网虚拟网元管控
    • 生成多个不同制式地虚拟基站或基站群，是所属核心网地接入网网元。
    • 根据OSS/BSS模块和核心网虚拟网元管控模块的反馈信息来对接入网虚拟网元进行创建、释放。
    • 核心网将切片标识符发送给UE(user equipment，用户终端),然后UE通过辨识切片标识符来正确地接入所属接入网网元，从而与运营商建立通信连接。
  • 虚拟资源模块
    • 集中式协议处理池
      包含接入网的控制面和用户面的协议，通过虚拟化技术和SDN技术，可实现软件定义协议栈。
    • 集中式基带处理池
      由多个BBU(base band unit,基带处理单元)组成，BBU与虚拟基站和虚拟基站群有直接的对应关系。
    • 射频拉远池
      • 由多个RRU(radio remote unit,射频拉远单元)组成，RRU和BBU用光纤连接。
      • 主要的网络拓扑组网方式有星型，链型和环型等，可将不同的组网方式形成的网络看成不同的切片，用以满足具有特定需求的租户。
• SDN控制器
  基于SDN与NFV的网络切片架构中的“转换单元”，按照一定的策略可以实现虚拟网络资源（虚拟化层）与真实物理资源（硬件资源层）之间的映射，且能自动调整映射的策略，这样就能通过更好的资源利用和服务保障来满足用户需求。
• 硬件资源层
  计算硬件、存储硬件、网络硬件。
• MANO(NFV management and orchestration)
  负责整个网路的基础设施和功能的动态配置，完成对虚拟化层、硬件资源层的管理和编排，负责虚拟网络和硬件资源间的映射以及OSS/BSS依据服务需求生成相关的NS用例。
  • VIM(virtualized infrastructure managers,虚拟化基础设施管理者)
  • VNFM(virtualized network functions management,虚拟网络功能管理)
  • 编排（orchestrator）
    
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    图2 网络功能网元组网形成的网络切片示意图

网络切片的定制过程

应用场景

对覆盖率、速度、时延、安全性等网络性能指标有不容的要求，需要未来网络灵活建构

• mMTC(海量机器类通信)
  物联网通信偏人与物
• eMTC(超可靠低时延通信)
  物联网通信偏物与物
• eMBB(增强移动宽带)
  人与人
  下图为根据5g场景需求以及空口技术定制化控制面和数据面的协议栈。动态调度场景所需协议栈功能模块（非阴影）基于QoS(Quality of Service)，释放不需要的模块（阴影），来简化协议栈层级结构。节省下来的闲置资源可以用来定制其他切片的协议栈。

图3 软件定义协议栈

图4 网络切片定制过程示意图
车联网（超低延时），视频网站（高带宽），银行业务（极高的网络可靠性）

挑战

• SDN
  作为NS集中化控制的实现部分
  • 安全性问题
    单点失效、易受网络攻击、负载过大
  • 南向接口存在多种选择。OpenFlow,BGP(border gateway protocol,边界网关协议),SNMP(simple network management protocol,简单网络管理协议),主要采用OverFlow协议，但缺乏能力为3GPP/移动通信和部分供应商专有。
  • 现有ASIC(application specific integrated circuit,专用集成电路)芯片架构都是基于传统的IP地址或以太网寻址和转发设计，SDN控制器下转发设备的高性能无法维持.
• NFV
  NS架构与传统的电信标准化工作存在很大差异，MANO的标准化主要在管理接口方面，这涉及了多个开源组织和标准化组织。
• OSS/BSS方面
  OSS/BSS与新型网络的整合和交互能力。
  NS架构中的NFV基础设施需要动态地对网络资源重新分配，满足各种新型服务的网络带宽、速度、流量和时延等需求，但目前的OSS\BSS无法支持这种实时的动态服务