软件定义5G —— Network slicing

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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。