第 2 章 5G 網絡結構
| 2.3 5G 系統架構 |
2.4 網絡切片技術
5G 将能夠建構邏輯網絡切片，建立使用者專屬或服務專屬的網絡，應對多樣的應用需求。借助于網絡切片技術，營運商能夠以基于服務的形式提供網絡資源，滿足 2020 年時間架構内要求的各種用例。
傳統的移動通信系統（如 4G）在相同的網絡架構（4G 網絡對應 LTE/EPC架構）上托管多個電信服務，如移動寬帶、語音和短信。與此不同，網絡切片旨在根據 eMBB、V2X、uRLLC、mMTC 等不同業務類型的特點建構定制化的專屬邏輯網絡。此外，傳統移動通信系統采用硬體、軟體和功能緊密耦合的單片網元。相比之下，5G 架構通過利用不同的資源抽象技術将基于軟體的網絡功能與底層基礎設施資源分離。例如，網絡功能虛拟化（NFV，Network FunctionVirtualization）和軟體定義網絡（SDN，Software DefinedNetworking）等軟體化技術可對波分複用技術（WDM，Wavelength Division Multiplexing）或無線資源排程等衆所周知的資源共享技術進行補充。NFV 和 SDN 允許不同的租戶共享相同的通用硬體，例如商業現貨（COTS，Commercial Off The-Shelf）服務
器。這些技術可以在公共共享基礎設施之上建構完全解耦的端到端網絡。圖 2-17對比了 4G 系統的多租戶支援與 5G 網絡切片的多租戶支援。從圖中可知，4G系統在相同的基礎設施和網絡架構上支援不同的網絡業務；5G 系統為不同業務構造不同的邏輯網絡，即網絡切片。每個切片針對業務需求選擇适當的核心網功能（CNF）和接入網功能（RAN），各切片部署在共享的基礎設施之上，但在邏輯上保持隔離。多路複用不再在網絡級别上發生，而是發生在基礎設施級别上。這種結構能夠為使用者提供更好的體驗品質（QoE，Quality of Experience），也能夠為移動服務提供商或移動網絡營運商提供更高的網絡可操作性。
在 3GPP 5G 系統架構的範圍内，網絡切片指的是 3GPP 定義的特征和功能的集合，這些特征和功能能夠形成用于向使用者終端提供服務的完整 PLMN。 網絡切片使網絡營運商能夠部署多個獨立的 PLMN，其中每個 PLMN 針對服務的使用者叢集或業務客戶需求對所需的特征、能力和服務等進行執行個體化，進而實作PLMN 定制。圖 2-18 表示了一個 PLMN 内部署 4 個網絡切片的示例，其中每個切片都包括形成完整 PLMN 所需的全部内容。網絡切片#1 和切片#2 都用于智能手機服務，這表明營運商可以部署具有完全相同的系統特征、能力和服務的多個網絡切片，但是分别針對不同的業務分組，是以，每個切片可能在使用者接入數量和資料容量上有所不同。切片#3 和切片#4 表明，可以在所提供的系統特征、能力和服務上對網絡切片進行區分。例如，M2M 網絡切片（#4）可以提供适用于物聯網的終端省電功能，但這一功能導緻的延遲在智能手機應用中是不可接受的。
基于服務的架構以及軟體化和虛拟化提高了網絡部署的靈活性，使營運商能夠快速響應客戶的需求。營運商可以根據需要定制具備特定功能、特性、可用性和容量的客戶專用的網絡切片。通常此類部署是基于服務等級協定（SLA，Service Level Agreement）制定的。未來，營運商也可以利用網絡切片技術在相同的虛拟化、平台和管理基礎設施上同時支援 3GPP 網絡和非 3GPP 網絡，這将極大降低營運商的網絡建設成本，同時可實作對相同資源的靈活配置設定。
需要注意的是，術語“切片”在工業和學術界用于對幾乎任何類型的（網絡）資源進行切片。在 5G 系統中，切片特指針對建構 PLMN 的資源。但是，PLMN 網絡切片部署時可以使用其他領域内的切片技術，例如傳輸網中的切片技術等。
圖 2-19 展示了 3GPP 網絡切片的更多細節。在圖中，網絡切片#3 屬于直接部署，其中所有網絡功能僅服務于單個網絡切片。網絡片段#1 和#2 說明了一個使用者終端如何從多個網絡切片接收服務。在這樣的部署中，AMF、相關政策控制（PCF）和網絡功能服務存儲庫（NRF）被多個網絡切片共用。這是因為每個使用者終端僅維護一個通路控制和移動性管理執行個體，該執行個體負責使用者終端的所有服務。使用者終端可以通過多個獨立的網絡切片獲得使用者面服務（特别是資料服務）。圖中的切片#1 為使用者終端提供來自資料網絡#1 的資料服務，而切片#2提供來自資料網絡#2 的資料服務。除了與應用于使用者終端所有服務的公共通路和移動性控制的互動之外，這些網絡切片和資料服務彼此獨立。因而，可以根據不同的 QoS 資料服務或者不同的應用功能等定制每個網絡切片，網絡切片的具體特性和能力由政策控制架構确定。
網絡切片是通過網絡切片執行個體（NSI，Network Slice Instances）來實作的。
NSI 中接入網、核心網和傳輸等不同組成部分又被分為網絡切片子網執行個體
（NSSI，Network Slice Subnet Instance），其中，NSSI 的生命周期可獨立于 NSI。
圖 2-20 提供了一個由多個 NSI 提供不同通信服務執行個體的示例。圖中所示的 3 個NSI 均包括核心網切片子網和接入網切片子網。其中，NSI-B 與 NSI-C 共用了接入網切片子網 NSSI 5。同時，圖中說明一個 NSI 可以為多個服務示例提供支撐，如NSI-A 可同時服務于通信服務執行個體 1 和通信服務執行個體 2；反之，一個服務執行個體也可以接收多個 NSI 的服務，如通信服務執行個體 2 接收來自 NSI-A 和 NSI-B 的服務。
NSI 的管理包含以下 4 個階段。
（1）準備：在準備階段，網絡切片執行個體不存在。準備階段包括網絡切片模闆設計、網絡切片容量規劃、準備網絡環境以及在建立網絡切片執行個體之前需要完成的其他必要準備。
（2）調試：調試階段建立網絡切片執行個體。在網絡切片執行個體的建立期間，對滿足網絡切片要求所需的全部資源進行配置設定和配置。網絡切片執行個體的建立也可以包括網絡切片執行個體組成部分的建立和/或修改。
（3）營運：包括激活、監督、性能報告（例如用于 KPI 監控）、資源容量規劃、修改和網絡切片執行個體的去激活。
（4）退役：在退役階段，在共享資源中移除網絡切片執行個體專屬的配置，并按要求退出非共享資源中的專屬配置。在退役階段之後，網絡切片執行個體終止并不再存在。
上述 4 個階段組成了一個網絡切片執行個體的生命周期。
與 5G 系統網絡切片管理相關的角色包括通信服務客戶、通信服務提供商（CSP，Communication Service Provider）、網絡營運商（NOP，Network Operator）、網絡裝置提供商（NEP，Network Equipment Provider）、虛拟化基礎設施服務提供商（VISP，Virtualization Infrastructure Service Provider）、資料中心服務提供商（DCSP，Data Centre Service Provider）、網絡功能虛拟化基礎設施（NFVI，NetworkFunction Virtualization Infrastructure）供應商和硬體供應商。實際上，這些角色通常是相對而非絕對的。根據實際情況，每個角色可以由一個或多個組織同時充當，一個組織也可能同時扮演多個角色（例如，一個公司可以既是 CSP，又是 NOP）。圖 2-21 展示了網絡切片管理中涉及的主要角色以及角色之間的相對關系。
5G 網絡切片的管理模型如圖 2-22 所示，主要可分為兩種類型。
• 網絡切片即服務（NSaaS，Network Slice as a Service）在這種管理模型中，網絡切片服務可以由 CSP 以通信服務的形式提供給其CSC。該服務允許 CSC 使用并可選擇地管理網絡切片執行個體。反之，該 CSC 也可以扮演 CSP 的角色，在網絡切片執行個體之上提供自己的服務（例如通信服務）。圖 2-22 中的管理網絡切片執行個體（MNSI，Managed Network Slice Instance）表示網絡切片執行個體，CS 表示通信服務（Communication Service）。
• 網絡切片用于 NOP 内部
在這種管理模型中，網絡切片不是 CSP 提供的服務的一部分，因而對 CSC是不可見的。為通信服務提供支援的 NOP 在其内部部署網絡切片，以達到内部網絡優化等目的。