支持个性化需求网络切片让5G分身有术

本报记者 唐 婷

据报道，中兴通讯近日携手中国电信浙江公司助力中控集团开通全国首个5G独立组网（SA）站点，并将“5G切片+边缘计算+智能制造”在浙江成功试商用，助力企业打造5G智慧新工厂。

那么，新闻中提到的切片是什么？它具有哪些技术优势？在5G时代，网络切片技术有哪些应用场景？作为业务时延和安全性的重要保障，网络切片技术在应用上还面临哪些瓶颈？

针对上述问题，科技日报记者采访了业内相关专家。

将5G网络切成多张虚拟网络

对多数公众而言，网络切片的概念显得专业而陌生。北京邮电大学信息与通信工程学院教授黄韬对科技日报记者解释道，网络切片是指将运营商的基础网络资源按用户需求进行切分，并分配给用户进行使用的技术，这些需求包括时延、带宽等。

从技术原理角度来看，通过对各种物理或逻辑网络资源，比如频段、时间、设备、端口、带宽等进行虚拟化，网络切片将网络资源切分成更细的粒度或者聚合成更粗的粒度，并借助相关软件灵活地将网络资源按需分配给不同用户，在满足每个用户个性化需求的同时，保证不同用户间的网络资源相互隔离。

在北京理工大学计算机网络及对抗技术研究所所长闫怀志看来，所谓网络切片，其本质上是5G时代移动通信网的一种按需组网方式。

“我们可以把5G移动通信网比作一整块面包，运营商将这块面包切成很多块，即多张端到端的虚拟网络，以支持更多业务。每张网络切片从无线接入网、承载网再到核心网都实现逻辑隔离，以适配不同的需求和应用场景。”闫怀志解释道。

那么，网络切片是5G时代的专属吗？

对此，黄韬并不认同。他指出，网络切片被大家所了解是因为5G的发展，不过从技术的角度来看，网络切片可被看作是一种通用的网络能力，这种能力并不专属于5G。事实上，2005年学术界就提出了网络切片的概念，一些虚拟专网和4G移动通信网络也可应用该技术，并在不同用户间进行部分隔离，但隔离的程度并不彻底，这种网络技术可被称为软切片。

“5G的愿景是在保留软切片能力的基础上，在技术上实现对5G网络端到端（包括空口、回传网、核心网）的资源强隔离。”黄韬进一步指出，从服务体验上来看，分配给用户多少网络资源，用户就一定可以用多少，这种技术可被称为硬切片，但目前实现5G网络端到端的硬切片仍面临着比较大的技术挑战。

可按需定制隔离度不同的切片

有专家表示，4G网络的影响范围主要集中在消费领域，而5G网络有望为行业生产领域带来巨大改变。5G时代，网络切片将如何大显身手呢？

闫怀志指出，5G网络所提供的基础网络架构及其优良性能，为近来提出的网络切片应用提供了前提条件，二者相辅相成、相得益彰。而此前的2G到4G网络仅能满足消费领域的单一语音通信或上网需求，难以处理5G新应用场景下的海量数据。在2G到4G时代，网络切片既无强烈的应用需求，也不完全具备基本的网络支持条件。

当前，5G的大规模应用远未普及，相关应用生态正处于培育过程之中。闫怀志认为，未来可预期的典型5G应用场景包括智能系统、传统通信和网络服务、工业互联网络等，这些应用可依靠构建不同的网络切片来实现。

“这些应用在服务模式、可用带宽、传输速率、安全性及可靠性等应用需求上存在较大差异，因而对网络切片技术提出了很高的要求。”闫怀志说。

对此，黄韬也表达了相近的观点。他指出，部分行业生产领域对于网络的要求比较严格，如果发生网络资源竞争，将会给生产环节带来极大的风险与不确定性，而利用“软切片+硬切片”的组合技术，5G能针对不同行业的需求定制出隔离度不同的网络切片，以满足不同行业对网络的多样需求。

黄韬举例道，比如，既可以切分出低时延切片，也可以切分出高带宽切片，还可以切分出海量连接切片。如果用户对安全有极致的要求，还可以交付给用户端到端的独享切片。

因此，5G的网络切片作为一项基础性技术可以广泛地服务于各类行业应用。黄韬举例道，比如VR直播、自动驾驶、远程医疗等等，其中非常值得期待的，是5G网络切片在工业物联网领域中的应用。

“如果结合边缘计算、人工智能等先进技术，5G网络切片便可为制造业提供更强壮的‘四肢’与更智慧的‘大脑’，对制造的工艺与流程进行全面的观察、分析与优化，从而实现智能制造，提高社会的整体生产效率。”黄韬说。

实现端到端的硬切片并非易事

网络切片技术的优势显而易见，但在实际应用中也面临诸多现实挑战。

对此，闫怀志分析道，一方面，不同的5G网络切片应用，需要配置与应用、业务相对应的独立网络，其接入机制、协议栈、接口等需要实现端对端耦合，目前尚无一个统一、规范的接入网络架构来支持不同的切片用户和业务接入。另一方面，网络切片的部署和管理相对复杂，在资源共享、负载均衡、计费机制、切片启停等方面还存在不少技术难题。

“因此，找到网络切片完整的技术解决方案，需要各网络产品供应商、网络服务运营商齐心协力，构建完整的端到端的全系列标准协同与产品体系，而且还应有效平衡好网络切片的成本和效益问题。”闫怀志指出。

事实上，从技术角度来看，最终实现5G网络切片端到端的硬切片也非易事。这需要对包括空口、回传网、移动核心网等环节逐个进行网络资源的隔离。在各环节上还面临一系列技术挑战，比如，空口在高密度接入场景下的隔离、回传网带宽的最小隔离粒度、核心网相应的业务流程等等。

“另外，考虑到真正意义上的网络端到端，5G其实只是完成了‘最后一公里’的接入，同样不能忽视的、甚至更为关键的是完成长途传送的互联网。”黄韬指出，对于数据传输，传统互联网所采用的服务模型是“尽力而为”（Best-Effort），即网络会尽最大可能来传输数据，但不能对时延、可靠性等性能提供保证。这就导致了传统的互联网环境，难以匹配5G网络切片所提供的能力，这可能会成为行业应用发展的另一个瓶颈。

对此，黄韬打了一个形象的比方：“这就好比只保证了用户从家门口到小区门口的路程，而无法保证其出了小区之后的路程，用户的体验是不完整的。”

在他看来，要解决这一问题，需要将互联网从传统的“尽力而为”升级为“确定可控”，这将是未来网络一个重大的研究方向，它将从根本上变革互联网的基因，推动“消费型互联网”向“生产型互联网”升级。