软件定义5G —— Network slicing

作者简介:肖宏辉,毕业于中科院研究生院,思科认证网络互连专家(CCIE),8年的工作经验,其中6年云计算开发经验,关注网络,OpenStack,SDN,NFV等技术,OpenStack和ONAP开源社区活跃开发者。本文所有观点仅代表作者个人观点,与作者现在或者之前所在的公司无关。


Network Slicing译为网络切片。它频繁出现在5G相关的文档中,对5G网络至关重要。

一、什么是Network Slicing

Network Slicing是一种虚拟化,它允许在一个共享的物理网络基础架构上,运行多个逻辑网络。每个逻辑网络之间是隔离的,并且能够提供定制的网络特性,如带宽、延时、容量等。同时每个逻辑网络里除了网络资源外,还包含了计算和存储资源。这样可以借助NFV或者SFC实现一些具体的网络功能。

Network Slicing被认为是5G至关重要的一个特性。尽管Network Slicing是随着5G提出的,但是它本身并没有局限在5G的范围里。在传统网络中,也可以应用Network Slicing的概念。

需要注意的是,3rd Generation Partnership Project(3GPP)组织并没有正式公布Network Slicing的定义,预计在18年下半年公布。因此,目前所有有关Network Slicing的信息,包括本文,可能都不是最终的确切版本。

二、为什么5G如此重要

5G的呼声,这几年逐年在增加。如果不是电信领域的人员,可能对5G有点无感,认为这不过又是一种让手机网络变得更快的技术。我们先来回顾一下电信无线网络发展历史。

  • 1G:语音服务,基于模拟信号传输;
  • 2G:语音+文字+图片服务,基于数字信号传输。当年的彩信就是2G产物;
  • 3G:语音多媒体,互联网服务,提供更高的速度。3G开始,视频电话成为可能;
  • 4G:为数据传输而设计,开始支持网络游戏,高清视频等,这是现在的主流网络。


从1G到2G是一次本质的改变,但是2-4G对应的都是传输速度的提升。在5G到来的时候,正常的想法应该也认为这又是一次速度的提升。那实际情况呢?
首先,5G的确可以提供更高的速度,其理论速率最高可以超过10Gbps。在网络延时上,4G是45ms左右,而5G理论上可以提供1ms的网络延时。虽然都是理论速度,但是5G提供的网络堪比我们日常使用的wifi。除网络速度之外,5G还有什么不一样的地方?

  • 可编程性:无论我们在讨论SDN还是NFV,底层网络都是现有的物理网络—基于有线连接的网络,电信无线网络并不在考虑范围内。而5G从定义之初就考虑了网络可编程性,Network Slicing就是一种体现。
  • 对各个垂直领域的支持:传统的电信无线网络主要面向的是个人用户的通信需求,而5G本身的高带宽、低延时、大容量使其能够应用在商业案例上。在各个行业智能化过程中,通信网络的构建是必不可少的一个部分。5G的一个目标是为这些行业提供通信网络

下图是5G的一些用例,可以看出覆盖了各个方面:

不同的行业对网络的需求不一样,比如Internet Of Things(IOT)需要的是大容量网络,但是对延时和带宽要求不高;自动驾驶要求的是低延时网络;而一些视频终端,要求的是大带宽。5G如何提供同时满足这些需求的网络?一种方法是为每种需求创建一个特定的网络。另一种方法就是通过Network Slicing,将一个5G网络划分成满足不同需求的多个分片,每个分片对应不同的需求,分片之间相互不影响。这样,一个5G网络可以同时满足多个场景的不同组网需求。如下图所示,一个5G网络被切割成多个网络分片,以满足不同的应用需求:

三、与现有技术的联系与区别

Network Slicing其实并不是什么新的技术,而是一些现有技术的集合。在Network Slicing里可以看到很多现有网络技术的影子,例如:

Quality of Service(QoS):每个网络分片被创建用来提供不同的网络性能,这与QoS的功能相似。QoS用来保证网络传输的质量,但是QoS强调的是针对某一类服务的质量,例如为语音通信提供多少带宽,而Network Slicing强调的是整个网络分片的网络质量。

VPN:每个网络分片之间是隔离的,这与VPN的功能是类似的。VPN强调的是在共享的网络上创建隔离的私有网络,network slicing在这个基础上为每个分片还提供了计算存储资源,并且保证了每个分片的网络质量。

SDN/NFV: Network slicing无疑是要借助SDN和NFV来实现。例如网络分片的创建和管理,网络分片的具体网络功能的部署。开源NFV项目ONAP就有专门针对network slicing实现的讨论。

四、驱动和挑战

Network slicing使得运营商能够更加灵活的提供网络服务,并且能够将电信无线网的业务从个人通信拓展到其他领域。通过network slicing,一个5G网络就能满足各种需求。同时因为network slicing的组成技术大多来自现有的一些数据中心数据,这使得传统的数据中心服务商可以参与进来共同构建和运维5G网络。目前的电信网络,所有的功能运维都是在电信运营商这边。

但Network slicing本身在实现上也面临一些挑战。例如,现有的RAN需要重新设计,以符合network slicing的需求。另外,在具体实现上,目前还缺乏一个统一的认识,例如如何与NFV和SDN等技术结合等。

参考文献:
https://wiki.onap.org/pages/viewpage.action?pageId=15992190


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肖宏辉 发表于18-04-09
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