5G网络切片

为什么5G需要网络切片？网络切片，到底切的是什么？怎么实现网络切片？5G网络切片会带来哪些商业模式的更新？
要回答“为什么5G需要网络切片”这个问题，就首先需要明白网络切片到底是什么。首先我们将从5G的前辈，3G和4G说起。
从3G时代开始，数据业务，也就是“手机上网”这一需求异军突起，对于运营商来说，流量就是哗哗进账的银子啊。但网络资源有限，不可能保证所有业务都能全速进行，总得捡重要的首先保障。
最简单的方式就是对业务进行分类，给予不同优先级的业务不同的资源，不同的服务质量，这就是QoS（Quality of Service）的来源。
3G网络，拉开了无线互联网的序幕！于是，一帮专家们对所有用户的各种类型的业务进行了充分研究之后，根据不同业务对时延、丢包率的不同要求进行了如下的分类：

• 会话类：语音和视频电话就是最典型的会话类业务，其特点是端到端时延小，业务量上下行对称或几乎对称。
• 交互类：交互类业务一般指的是终端和服务器进行在线数据交互的业务，特点是请求响应模式。最典型的交互类业务就是网页浏览、数据库检索、网络游戏等。
• 流媒体类：流类业务也是实时性的，但是由于它是单向传输，不需要进行交互，所以实时性要求没有会话类业务那么严格，并且允许一定的丢包率和错包率。典型的流类业务是人们在网络上欣赏音频或者视频节目。
• 后台类：背景类业务包括一些自动的后台电子邮件接收、彩信或者接收一些文件和数据库下载。这类业务的特点是用户对传输时间没有特别的要求，但是对丢包率的要求很高。

根据这些不同的业务的需求排出个优先级，优先保证对网络要求高的业务，然后再兼顾低优先级的业务。这样所有业务都能基本满足，大家都满意。
到了4G时代，更是定义了9种最基本的QoS等级，对于不同业务的服务级别的管理更加精细化。

可是到了5G时代，这一切都发生了变化。因为5G不再只用于人和人之间的通信，而是怀揣着万物互联的梦想而降生。

我们来看看上图中的5G的三大场景对于网络的需求：

• 增强型移动宽带（eMBB）：需要关注峰值速率，容量，频谱效率，移动性，网络能效等这些指标，和传统的3G和4G类似。
• 海量机器通信（mMTC）：主要关注连接数，对下载速率，移动性等指标不太关心。
• 高可靠低时延通信（uRLLC）：主要关注高可靠性，移动性和超低时延，对连接数，峰值速率，容量，频谱效率，网络能效等指标都没有太大需求。

所谓汝之蜜糖，彼之砒霜，这些业务对网络要求侧重点的完全不同。
例如，自动驾驶需要在行驶过程中，为了应对危险，需要在1毫秒左右的超低时延内和网络进行极高可靠的通信。与之不同的是，自来水公司拥有成千上万个智能水表需要上报数据，因此超大容量是至关重要的，至于网速慢一些，误码率高一些问题都不大，甚至连小区切换功能都不需要。
这些不同业务截然不同的特点，让脱胎于3G和4G时代，仅针对智能手机的移动宽带业务的QoS方案使用起来捉襟见肘。并且，在5G时代“万物互联”的宏大构想内，除了eMBB继承自之前的手机上网业务之外，mMTC和uRLLC都是属于物联网业务。运营商要开展物联网业务，必然涉及到和其他物联网服务提供商的合作和定制化，如何为合作伙伴提供一张按需定制，独立运维，稳定高效的网络，也就成了亟需解决的技术需求。
于是，这些聪明的工程师想到了一个点子：何不布上几张独立的子网络来支持5G的几大场景？这些子网络的无线、承载和核心网等资源都完全和其他网络隔离开来，而QoS依旧只局限在某一张子网络的内部进行服务质量管理。
比如说，我们建上三大类子网络：eMBB，mMTC和uRLLC各一类，这些网络之间是独立不受影响，每张子网络内部的不同业务依旧使用QoS来管理。并且在同一类子网络之下，还可以再次进行资源的划分，形成更低一层的子网络，比如mMTC子网络还可以按需分为：智能停车子网络，自动抄表子网络，智慧农业子网络等等。相当于把QoS从二维扩展到了三维，这些相互隔离的子网络就叫做网络切片或者子切片。

既然要切片，首先必须要把各个模块统一起来管理，形成一个有机整体，然后才能有切片的可能。就像制作切片面包一样，先要把面粉、鸡蛋，奶等各种原料糅合，经由发酵过程，在烤制成一大块的完整面包之后，才能进行切片，不同切片再通过协调工作，才能组成美味的三明治。
那么5G是怎样实现各个模块的统一管理和资源切分呢？这就要引入NFV和SDN技术了。
NFV的全称是“Network function virtualization”，这就是大名鼎鼎的虚拟化。随着通用服务器处理能力的大幅增强，便有了余力拿出一部分资源作为虚拟化层，把网络中的计算（类似电脑的CPU，内存）、存储（类似电脑的硬盘），以及网络（类似电脑的网卡）这些资源进行统一管理，按需划分。这样一来，一台，甚至多台物理服务器的硬件就形成了资源池，可以按照需要划分成若干逻辑服务器，供各种应用来使用。

SDN的全称是“Software Defined Network”，又叫软件定义网络。区别于传统网络中的各个路由转发节点各自为政，独立工作的现状，SDN引入了中枢控制节点：控制器，用来统一指挥下层设备的数据往哪里发，下层网络设备只需要照着执行即可。这样一来，就像网络有了大脑一样，可以实现控制和转发分离，网络灵活性和可扩展性大为增强。

依托如今大行其道的虚拟化和软件定义网络(NFV/SDN技术，我们可以把所有的硬件抽象为计算，存储和网络这三类资源进行统一管理分配，给不同的切片不同大小的资源，且完全隔离互不干扰，实现了逻辑上的高层统一管理和灵活切割。因此NFV/SDN成为了网络切片技术的基础。
遥想3G和4G时代的QoS管理，虽说无线，承载跟核心网都有参与，但却是在各立山头，分别处理，都只管自己的那一亩三分地，没有任何的全局把控。
跟3G和4G锦上添花的QoS管理功能不同，5G对网络切片进行了全面的设计，可以对各类资源及QoS进行端到端的管理，横贯无线，承载与核心网，并使之成为5G网络的基本特征之一。
在这样的架构之下，在负责高层网络切片管理功能之下，分为无线，承载，核心网几个子切片，分工合作，完成重任。
这样一来，网络切片就划分为了纵向和横向两个维度。先在纵向的无线，承载，核心网子切片完成自身的管理功能，再在横向上组成各个功能端到端的网络切片。所谓横向协同，纵向到底。

• 无线子切片：切片资源划分和隔离，切片感知，切片选择，移动性管理，每个切片的QoS保障。
  
• 承载子切片：基于SDN的统一管理，承载也可以被抽象成资源池来进行灵活分配，从而切割成网络切片。
  
• 核心网子切片：核心网在5G时代可谓变得妈都不认识了，基于SBA（服务化架构 Service Based Architecture），以前所有的网元都被打散，重构为一个个实现基本功能集合的微服务，再由这些微服务像搭积木一样按需拼装成网络切片。

最后，经过无线，承载和核心网这些纵向子切片的协同工作，为端到端的横向切片：eMBB、mMTC和uRLLC提供支撑，不同的业务得以在不同的切片之上畅行。
基于网络切片，运营商以此可以把业务从传统的语音和数据拓展到万物互联，也将形成新的商业模式，从传统的通信提供商蜕变为平台提供商，通过网络切片的运营，为垂直行业提供实验、部署和管理的平台，甚至提供端到端的服务。
运营商可以用B2B2C的方式来销售网络切片，并通过引入DevOps（开发和运营同步进行）的理念和模式，可以极大地提升切片运营的效率。

DevOps工作流肇端于客户的切片订购和需求输入，然后经过切片模型定义，切片设计，切片部署，切片监控，切片保障和切片运营这样一个切片设计和运营的闭环，使5G网络切片灵活高效运转。
结语：如果说4G网络是一把刀，虽然锋利但用途单一；那么，5G网络就是一把瑞士军刀，灵活方便、用途多功能强，而网络切片正是发挥5G网络优势的利器。随着2020年5G规模商用的临近，5G正在积极热身排练，即将闪亮登场。