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支持个性化需求 网络切片让5G分身有术

来源:科技日报2019-12-11 09:29

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  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。

[ 责编:肖春芳 ]
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