目前5G技术标准研发正在紧锣密鼓地进展当中，各方对5G普遍达成的共识是：进入5G之后通信场景将变得多元化和复杂化，物与物之间的通信将迅猛发展，大大超越人与人之间的通信需求。

显而易见的是，传统的蜂窝网络和“一刀切”的模式已经不能满足5G时代各行各业对网络的不同需求。在未来的5G系统中，网络将被进一步抽象为“网络切片”，从而支持成千上万个用例、众多用户类型和各种应用的使用。

 “一刀切”模式难以适应新形势

与现有网络相比，5G网络将在速度、容量、安全性、延迟和对电池寿命影响等性能方面实现显著提升：网络流量将会增加1000倍，需要连接的设备将会增加100倍，有些应用程序要求的速率将是现有网络平均速率的100倍，有些人会要求近乎零延迟，同时整个系统将努力使电池寿命延长到10年。

当然，并不是所有的5G应用都需要网络速度超级快、超智能，并拥有支持各种类型终端设备的能力。在2015年6月召开的ITU-RWP5D第22次会议上，ITU确定了5G的名称、愿景和时间表等关键内容，定义了3个主要应用场景：一是移动宽带，二是大规模机器通信，三是高可靠低时延通信。上述应用对速度、容量、覆盖率、安全性等都有不同的要求，这就需要5G网络以灵活的方式构建，运营商则可以对速率、容量和覆盖率等网络性能指标进行灵活调整和组合，从而满足不同应用的个性化需求。

图1面向多个行业将一个网络分割成多个“网络切片”

例如，对于重型机械遥控操作而言，最佳的连接服务需要具有低延迟、高带宽的特点，并且覆盖一定的地理区域，支持较多已知类型的设备。如果采用现有的模型，需要进行机器遥控的建筑业或采矿业公司可能认为最好的选择是建立一个自有网络，创造连接服务，在不需要时进行拆卸。然而，未来5G系统将使运营商为小众需求提供连接服务成为可能。此外，视频也是网络发展的重要方面，它在整个网络流量中占据很大比重，预计到2019年视频流量将增长约13倍，届时视频流量在全球移动数据流量中的占比将超过50%。

“一刀切”的网络架构带有专用的IT和支撑系统，可预测流量以及流量的增长，非常适合单一服务型用户网络。然而，使用这种垂直架构运营商难以扩展电信网络，也很难根据不断变化的用户需求进行调整并满足新型用例的需求。

由于5G系统融合了LTE和全新的5G技术，将是多RAT（无线接入技术）网络，因此无线资源利用将非常灵活，可实现媒体内容优先。这种网络能力意味着5G系统可能成为个性化媒体内容交付的首选方式。

为了满足广泛变化的用例的需求，5G系统将采用基于逻辑而不是物理资源的技术，使运营商可以将网络作为一种服务来提供。这样的“网络即服务”方式可以非常灵活地根据需求进行资源分配和再分配，并根据具体需求定制“网络切片”。

“网络切片”实现按需组网

5G“网络切片”是一种按需组网的方式，它基于虚拟化演进分组核心网（vEPC），利用逻辑而非物理资源，为运营商带来能根据不断变化的用户需求进行调整，并快速满足新型应用需求的新服务。

从实现原理来看，“网络切片”利用虚拟化技术，将5G网络物理基础设施资源根据场景需求虚拟化为多个相互独立的平行的虚拟“网络切片”。这种连接服务通过定制软件实现功能定义，这些软件功能包括地理覆盖区域、持续时间、容量、速度、延迟、可靠性、安全性和可用性等。每个“网络切片”按照业务场景的需要和话务模型进行网络功能的定制裁剪及相应网络功能的编排管理。一个“网络切片”可以视为一个实例化的5G核心网络架构，在一个“网络切片”内，运营商还可以进一步对虚拟资源进行灵活分割，从而实现“按需组网”。

图2使用“网络切片”创建服务

在5G“网络切片”中，网络编排是非常重要的功能模块。网络编排功能实现对“网络切片”的创建、管理和撤销。运营商首先根据业务场景需求生成网络切片模板，切片模板包括该业务场景所需的网络功能模块、各网络功能模块之间的接口以及这些功能模块所需的网络资源，然后网络编排功能根据该切片模版申请网络资源，并在申请到的资源上实例化创建虚拟网络功能模块的接口。

网络编排功能模块能够对形成的“网络切片”进行监督管理，允许根据实际业务量，对网络资源的分配进行扩容、缩容和动态调整，并在生命周期到期后撤销“网络切片”。可以通过大数据驱动的网络优化来促使“网络切片”划分和网络资源分配更为合理，并实现自动化运维，及时响应网络和业务的变化，保证用户体验和提高网络资源利用率。

值得一提的是，“网络切片”并不是一个全新概念，例如VPN就是网络切片的基本版本。爱立信则早在2013年10月就推出了“网络切片”新模式，借“运营商处于一个独特的位置，在提供云服务时可充分利用网络的实时功能。我们将SDN与云相结合，使运营商有机会以更高速度和更高品质为客户提供量身定制的云服务和应用，为客户实现真正的价值。”

多样化的业务场景对5G网络提出了多样化的性能要求和功能要求，“网络切片”针对不同的业务场景提供恰到好处的网络性能保证，实现了按需组网的目标。具体而言，“网络切片”具有如下优点。

第一，最优化，根据业务场景需求对所需的网络功能进行定制化裁剪和灵活组网，实现业务流程和数据路由的最优化。由于每个切片都是根据该服务或使用该切片的服务所需要的交付复杂性进行定制的，因此切片网络还允许更深入地了解有关网络资源的利用情况。

第二，动态性，“网络切片”能够满足用户的动态需求，例如用户临时提出某种业务需求，网络具有动态分配资源的能力，从而提高网络资源利用率；

第三，安全性，通过“网络切片”，可以将当前某个业务应用的网络资源与其它业务应用的网络资源区分开、隔离开，每个分片的拥塞、过载、配置的调整不影响其他分片，增强整体网络的健壮性和可靠性，保证当前业务质量的同时，也提供了可靠的安全保护机制；

第四，弹性，业务需求和用户数量可能出现动态变化，“网络切片”需要弹性和灵活的扩展，比如必要时可以将一个“网络切片”与其它“网络切片”进行融合，以更灵活地适配用户动态的业务需求，对于用户而言，这种弹性的使用方式还使得根据使用量计费成为可能。

上述特点是未来5G网络的基础能力，也代表了未来核心网与无线网一体化发展的趋势，只有这样的一体化考量，才能够更好地支持各种不同的应用场景、业务需求以及用户需求。

SDN和NFV等为关键推动因素

强大的“网络切片”功能背后，离不开一系列成熟可用的技术的支持：云计算、软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）可提供一系列工具，使架构师能够抽象地打造系统，提高网络灵活性；允许垂直系统被细分为多个构建块，形成可连接、可程序化和虚拟化的水平网络架构，通过可编程将连接作为服务提供。

此外，设备的特性各有不同，需要以智能的方式连接起来，最大限度地减少信令，最大化休眠周期和精简数据传输，只为给定服务发送信息。而无线接入、终端设备、E2E（端到端）安全性、管理和协调、能效、灵活性和稳定性等因素也非常关键。因此E2E之间需要具有高安全性，从而可以信任从多个来源重新整合的服务；管理系统需要进行调整以实现对终端连接的货币化；网络需要同时支持多个RAT，无线环境需要支持服务的灵活性，同时保持对成本和能耗的控制。
“网络切片”的典型用例

在研究“网络切片”的同时，面向未来的5G演进，提前预判具体的使用场景需求，以便有针对性地采取组网措施也至关重要。目前，爱立信已经针对性地提出了如下几个5G“网络切片”用例。

1．移动宽带

LTE等移动宽带技术将继续发展，在2020年之后成为整体无线接入解决方案的中坚力量，在任何地方都可提供几十Mbps的数据速率，在城市和郊区甚至高达几百Mbps。在移动宽带的用例中，智能天线（包括可控天线元件、频谱及基站间的协调）将有助于为5G用户提供这些等级的服务。

2．多媒体

至2020年，视频设备将达到150亿部，其中很多将用于机器监测、远程医疗、安全控制、监控以及图像识别等工业视频设备，大量的数据将由上下行链路进行传输。5G系统不仅需要支持远程医疗等用例的近零延迟互动，还需要支持延时要求比较宽松、更经济且无线资源利用效率更高的业务的运行。同时，由于大量视频将通过网络上传，因此上行链路视频将会变得更为重要。摄像头及可穿戴设备等都将配备5G发射器，实现上行链路视频流媒体的持续播放。

视频将会成为警察、消防队及救护车等应急服务机构和人员的重要工具。高效且超低延迟的群呼业务媒体交付，或者延时要求比较宽松的告警消息的发布，均会为所有救援行动小组提供相同的媒体信息。这类用例需要一定的上下行链路网络容量，还需要网络具备超高可用性及高速移动性。同时，这些特性的提供方式将会更加经济有效且节约资源，因此仅在需要时才会采用资源密集型运行模式。

3．机器类通信

机器类通信（MTC）的要求不尽相同，可以分为大规模MTC和关键MTC。

其中，大规模MTC包括建筑物及基础设施的监测和自动化、智慧农业、物流、追踪以及车队管理，一般而言，其设备和传输模式都较为简单，设备传输距离较长，可以使用电池运行。目前的LTE已经具备了处理MTC特定需求的功能，而5G无线接入有望进一步完善，如支持设备对设备通信等不同的传输模式，与移动宽带服务之间实现无线资源的灵活共享，放宽对MTC设备的要求，如数据速率、限定带宽、限定峰值速率以及半双工操作等。

关键机器类通信均进行实时监测及控制，要求实现端到端（E2E）、低延迟（仅数毫秒），且对可靠性要求很高。智能电网中的能量分布自动化就是典型用例，该用例中的能源不稳定且较为分散，电网要利用能源需求管理不稳定能源供应的动态，避免电网故障的发生。5G系统提供的无线接入可以保证低延迟，而且“网络切片”可以进行配置，将网络及应用功能物理置入网络，确保E2E的低延迟、可靠性以及冗余。

小结

爱立信目前在“网络切片”上已经拥有了商用案例。例如，2015年7月，爱立信宣布携手SK电讯针对5G“网络切片”开展合作，携手开发部署专为5G业务优化的“网络切片”技术。

作为核心网与无线网下一步发展的关键，“网络切片”可以根据具体的用例、应用以及用户需求提供连接并进行调整和优化，对于高效利用网络资源、支持5G业务多样化、推动5G业务创新和技术演进将发挥重要作用。展望未来，“网络切片”将成为5G网络演进的必由之路。

上一篇 :通信铁塔天线太多难维护？天线分色方

下一篇 : 中科院可见光通信研究新进展：基于LED实现610Mbps单路实时传输