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    發表于 2019-7-31 15:40:50 |只看該作者 |倒序瀏覽

    在各種新興業務不斷涌現的今天,現有的4G LTE網絡已經無法滿足日益增多的業務需求,因此未來的網絡需要通過網絡切片技術從“one size fits all”向“one size per service”過渡。在《網絡切片“火鍋論”:同一口鍋,不同的夢想》一文中,我們解釋了網絡切片是什么。


    那么端到端網絡切片究竟是如何實現的?在不同的網絡域,切片到底切的是什么?終端用不用切?這些切片又是如何管理的呢?


    5G端到端網絡切片是指將網絡資源靈活分配,按需組網,基于5G網絡虛擬出多個具有不同特點且互相隔離的邏輯子網,每個端到端網絡切片均由無線網、傳輸網、核心網子切片組合而成,并通過端到端切片管理系統進行統一的管理。

    5G網絡切片整體架構
    無線網如何“切”

    業務需求和應用場景逐漸多樣化,無線接入網(RAN)也需要具有靈活部署的特性,根據SLA(服務等級協議)需求的不同,進行靈活的無線網子切片的定制。無線網主要是“切”協議棧功能和時頻資源。


    1.協議棧功能模塊化分離

    根據業務需求的不同,可以靈活地對無線網側協議棧功能進行定制切分。無線側基站分為CU(集中單元)和DU(分布單元)兩個單元,這兩個單元是BBU拆分來的。解耦后的CU用于集中承載非實時業務,DU則主要負責對實時業務的處理,因此可以把跟時延相關性不大的功能上移到CU,跟時延強相關的下放到DU。像單向多播類業務就可以讓這個切片功能最簡化,而低時延類業務可以把CU里的一些功能下沉到DU。



    CU集中/DU分布的架構可以為網絡切片提供良好的靈活性,可以根據實際需求進行靈活地定制部署。


    2.時頻資源的切分


    • 無線時頻資源硬切:頻率、時間資源以固定的方式分配給每個特定的切片,用戶可利用這些靜態的無線資源接入切片網絡,但這種方式不靈活,網絡的資源利用率不高。
    • 無線時頻資源軟切:對頻譜資源來講,可以獨立預留出一些資源給URLLC這種緊急性的業務使用,然后網絡切片的調度管理服務根據切片業務請求的實時到達情況按需分配時頻資源,并確保各切片間的資源平衡分配,這種切分方式讓整個頻譜資源利用率大幅提升,不會造成資源的浪費。


    無線時頻資源軟切

    傳輸網如何“切”


    5G時代追求萬物互聯,要滿足各種不同垂直行業的差異化需求,因此傳輸網切片網絡的不同業務之間需要互相隔離且能夠獨立運維,需要給不同需求的業務分配不同的傳輸網切片,每個傳輸網切片就像一個獨立的物理網絡。


    傳輸網切片運用虛擬化技術,將網絡的鏈路、節點、端口等拓撲資源虛擬化,在傳輸硬件設施中切分出多個邏輯的虛擬傳輸子網,在物理網絡層構建虛擬子網層。虛擬網絡具有獨立的管理面、控制面和轉發面,各虛擬網絡之上可獨立支持各種業務,以此實現不同業務之間的隔離。


    傳輸承載網切片架構


    傳輸網具有以下特點:


    • 數據平面硬管道隔離:每個切面端到端硬管道隔離,不同的調度策略保證了不同切面的SLA。
    • 控制平面隔離(協議/拓撲信息/資源):每個切面都需要一個控制器來管理拓撲、資源和協議棧。

    核心網如何“切”


    作為直接承接業務的網絡層級,核心網需要具備可根據不同的業務場景靈活調配和部署網絡功能的能力,而傳統基于專用硬件的核心網已經無法滿足5G網絡切片在靈活性和SLA方面的需求,因此5G核心網要突破4G核心網中網關網元只能集中式部署的限制。


    5G核心網通過模塊化實現網絡功能間的解耦和整合,基于全新的服務化架構(SBA架構),將網絡功能解耦為服務化組件,組件之間使用輕量級開放接口通信。控制面、網元之間都會走服務化架構接口,不再走傳統的標準化接口。每種服務均可獨立擴容演進并按需部署,這種結構高內聚、低耦合,使核心網靈活、開放、易拓展,從而可以滿足5G網絡切片按需定制和動態部署的要求。


    核心網切片中把網元功能打散,讓不同的網元來承擔不同的功能,這樣網絡切片功能就可以靈活地定制,根據不同需求進行功能裁剪選擇,對于某些業務就可以刪減掉一些不需要的網元功能。


    基于切片需求的功能裁剪,要判斷一些條件,比如終端是否能夠移動?是否獨立部署Qos策略?是否需要獨立開戶?是否有不同的計費策略?這樣可以把一些不必要的功能刪減掉,提高網絡效率。下圖展示了水表業務的切片功能裁剪選擇。


    水表業務的網絡切片功能裁剪選擇


    相比現有核心網架構,5G核心網利用虛擬化方式實現了控制/用戶平面分離。運營商可根據業務的實際需求等,選擇匹配的服務模塊進行集中或分散部署。


    終端如何“切”


    我們知道無線網、傳輸網和核心網都需要切片,那么終端到底要不要切片呢?


    終端分為單用途終端和多用途終端,其需要匹配切片的資源調度,資源預留、隔離。單用途終端是感知不到切片的存在的,只需要由網絡控制切片選擇,而多用途終端則需要支撐應用數據到切片的映射。


    實際生活中一個終端往往需要支持多樣化的業務服務,一個終端有時需要接入多個不同的切片之中。當終端向網絡側發起初次連接請求時,網絡側通過識別請求信息后會建立業務交付連接。


    網絡切片粒度選擇


    網絡切片滿足了不同業務差異化服務的需求,為多種應用場景的實現提供了很大的幫助,那么網絡切片到底要切割到什么程度?切片越精細越好嗎?


    首先切片顆粒過粗的話,切片網絡的靈活性就會較差,差異化服務的需求將難以滿足,切片顆粒過細(切片切割的隔離度越高),越容易實現差異化及獨立運營,但是會造成不同切片之間的動態管理和資源共享難度增加,對平臺、編排、管理等都是比較大的挑戰。因此一定要基于業務場景的實際需求來選擇切片的粒度,要合理地切分網絡資源,盡量把同種類型的業務合并在一個切片里面。


    目前網絡切片粒度按網絡的隔離程度分為L0 - L5一共六級,在業務對網絡QoS(服務質量)要求相對不高時,共用網絡資源(L5粒度)會為運營商帶來更高的成本效益。當需要高QoS業務保障需求后,需要逐步向L0粒度的切片策略演進,以獲得更高的性能保障。


    網絡切片粒度選擇模型


    切片編排管理


    端到端的網絡切片涉及到了無線接入網、傳輸網和核心網等,在給網絡帶來靈活性的同時,也增加了管理的復雜性,各網絡設備由不同的設備廠商提供,切片的編排、部署和互通等方面都存在著一定的難度。因此需要智能化的管理,實現切片的端到端編排管理,端到端的網絡切片的管理和編排涉及到切片的生命周期管理,比如切片的設計、實例化、縮擴容、終止等。



    問題與挑戰


    1、網絡切片轉換:漫游場景下本地網絡切片不能支持用戶接入網絡,就會造成用戶網絡中斷,一個可能的解決方案是將用戶轉換到默認切片下,但是在切片轉換過程中如何保持IP會話的連通性、偵測轉換時機的任務應該交給用戶終端還是交給網絡,都是需要考慮的問題。


    2、用戶狀態維持:用戶的狀態信息可能會在多個切片中傳遞,如何管理用戶狀態是一個關鍵問題。


    3、異廠家組網兼容性:5G網絡切片在實際部署中還可能會面臨異廠家切片互操作的一些問題,不同廠家設備間的差異化依會導致設備組網時網絡資源或切片功能間的共享存在風險。


    4、多業務并發風險:盡管切片架構能為業務帶來便利,但當區域內需要同時構建不同網絡切片時,業務對網絡架構差異化的需求將對網元部署提出挑戰。



    來源:SDNLAB

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    發表于 2019-7-31 16:37:12 |只看該作者
    很通透

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    2009-7-7
    3#
    發表于 2019-8-2 16:52:14 |只看該作者
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