一文看懂网络切片：是时候表演 5G 真正的技术了

2020年，相信很多小伙伴已经用上了5G手机，感受到了5G的网络带来的飞一般的感觉。不过，可能也有小伙伴会发出疑问：我买了5G手机，也体验了5G，好是好，但似乎也没有外界吹得那么神乎啊。不是说好的技术革命吗？就只是网速变快了而已？其实这背后主要有两个原因，一个是目前5G切实落地的应用还比较少，第二个就是目前5G的技术确实也还在演进过程中。我们回想一下5G的三大核心应用场景：增强型移动宽带（eMBB）：更大的网络吞吐量、峰值速率和低延时；海量机器通信（mMTC）：巨大的连接数量，以支持海量物联网设备；高可靠低时延通信（uRLLC）：核心关注网络的高可靠性和超低时延。我们现在感受到的“网速快”只是这三大应用场景的其中之一。5G和4G真正的本质区别，在于支持海量的连接数和超低的时延。换句话说，5G真正强大的地方在于构建一个万物互联的世界。不仅手机要联网，手表也要联网，电视要联网，水表要联网，汽车也要联网……海量终端的使用场景，对网速、时延等方面的需求千变万化，而5G要把它们统统纳入一个统一的网络架构中。对5G来说，这才是巨大的考验。不过，目前这些海量的应用还没有广泛落地，而且我们要给技术演进一定的时间，简单说，就是还得等。为了应对这种海量的网络需求，这其中有一个关键的技术，就是5G网络切片技术。亚汇网曾报道，在11月19日-21日举行的中国移动全球合作伙伴大会上，中国移动联合紫光展锐等共同完成了业界首个5G终端切片目标方案的应用演示。这说明，5G网络切片的落地已经走在路上，我们距离描绘中的万物互联的世界又前进了一步。那么，这里关键的5G网络切片技术到底是什么呢？是像切片面包那样切吗？今天亚汇网就和大家一起了解了解。首先，我们需要了解一下移动通信网络的基础架构。手机A给手机B发送一个信息，手机A发送的信号被基站A接收，基站A将信号进行一系列处理，然后通过承载网络发送到运营商的核心网络，核心网络再将信号进行处理，发送给基站B，然后手机B接收从基站B发送过来的信号。手机A和手机B就完成了一次通信。这其中，基站相当于接入网，负责传输信息的承载网络叫承载网，运营商的核心网络叫做核心网。接入网、承载网和核心网是移动通信的基本架构。打个比方，把我们使用的移动通信网络比作一条路，信息就是路上的各种交通工具，通过承载网在我们的手机和运营商的核心网之间来回传输。过去在2G时代，手机主要是用来打电话发短信，因此在这条路上车辆的种类很少，比如说只有自行车和三轮车，而这些车辆彼此通行也没有先后顺序。到了3G时代，数据流量业务还是崛起，人们用手机不仅是打电话发短信，还用来上网、聊天等等。不同的应用对应不同的数据，也就是说，在路上的车辆种类变多了，不仅有自行车、三轮车，还有小轿车、救护车等等了。这么多车一起上路，就不能像以前一样由着大家一起随便开了。于是运营商制定了“交通规则”，给不同的车划分不同类型的车道，到岔路口时，还根据用户实际的需求规定那种类型的车有优先通行的权利。例如当到了岔路口时，救护车有权利优先通行，因为他们对时延要求很高，其它类型的车必须让它先走。这样以来，在3G网络业务变多的情况下，整个通信网络也能保证道路的流畅。然后到了4G时代，移动通信的业务种类更多了，人们不仅要上网、聊天，还要看高清视频、玩手游、直播等等。这样一来，路上的车就更多了，大卡车、面包车、公交车、小货车、电动车之类的，都上路了。不过不要慌，通信行业大佬们说，我们严格贯彻3G时代的交通方针，划分更多的车道，然后将不同车型的通行优先级进行更精细的划分，而且，我们还把马路拓宽了，尽可能地减少道路拥挤。这样一来，4G时代应对复杂业务的需求也这样解决了。不过到了5G时代，又不一样了。我们刚才说，5G要适应万物互联的需求，海量终端等着接入网络，这个业务的复杂性和4G完全不在一个量级上。原来这条路上来来回回跑着很多汽车，现在可好，不仅要通汽车，还要通火车高铁，甚至有时候小飞机也要借这条路当跑道起飞降落，还有，这条路有时还得承办一些公开活动，什么马拉松啊之类的，总之就是承接的业务种类暴涨。这怎么办呢？人们从立交桥身上得到了灵感。对了，一条路不够走，可以分层啊，分层好多层，不就变成很多条路了？于是运营商们就开始在5G这条“通信道路”上修剪起了立交桥，这立交桥有很多层，运营商还给这些桥层进行了分类，总共有3大类。为什么有3类呢？因为前面我们说，5G有3大应用场景：增强型移动宽带、海量机器通信、高可靠低时延通信。第一大类专门负责增强型移动宽带业务，第二大类专门负责高海量机器通信业务、第三大类专门负责高可靠低时延通信业务。然后具体到每一层，我们再细分成更多的子楼层，供不同的交通工具使用。这就相当于，原来一条路，被切成了好几层，每一层还要细切成很多子层，相当于车道，各司其职。这一层一层的，像切片面包一样，其实就是所谓的5G网络切片技术。例如说，这立交桥的第一大层是负责强型移动宽带业务的，其中被切成了很多子层，有智能手机业务层、虚拟显示业务层等。第二大层是专门负责海量机器通信业务的，其内部也被切成了很多子层，有智慧水表业务层、有智能停车业务层等。而第三大层专门负责高可靠低时延通信业务，有自动驾驶的子层，远程医疗的子层等等。在5G的网络架构里，这三个大层和其中的子层各自分工合作，针对5G海量的应用场景分工合作，各自应对其擅长的业务，由此让整个网络有条不紊地运行，构成万物互联的基础。那么，如此庞大的“交通运输系统”，这么多的“切片”，5G是怎么做到统一管理的呢？这就要回到我们前面所说的移动通信的基本架构了：接入网、承载网、核心网。不论5G的技术细节怎么变，移动通信的这个基本架构是变不了的，所以我们就从这三个环节来看。首先是接入网，粗略的理解其实就是基站。基站的作用就是接受、发射信号，并且对信号进行调制或解调，以及射频处理等。这个过程，是需要运算的。5G时代，基站数量会是4G时代的很多倍，不仅有外面的大基站，还有室内的微基站、皮基站、飞基站，如何对这这么多基站进行统一的管理而又不耗费非常高的成本呢？这里有一个NFV（“Networkfunctionvirtualization”）网络功能虚拟化技术。刚才我们说，基站的运行是计算的功能，既然是计算，那么在某个时间里，那么多的基站肯定有很多基站的计算资源并没有用尽，甚至是空闲的。这些空闲的计算资源不用太可惜了。所以人们就想到，把这些空闲的运算资源集中起来，用虚拟化的技术进行统一调配。过去基站的运算设备是专用的，而有了上面这个想法后，人们可以把通用服务器的运算资源集中起来，加上一个虚拟化层，运行具备基站运算的软件就行了。在此基础上，人们可以把网络中的计算资源划分成很多子硬件，进行统一管理，按需划分。这个逻辑其实和云计算非常相似。有了这个技术，加上对基站内部结构的重新构造，就可以在接入网层面支持网络切片，并对子切片进行管理。在承载网层面也是类似，但主要是通过SDN技术支持网络切片。SDN技术叫做“SoftwareDefinedNetwork”，软件定义网络。它的内含和机理很复杂，大意是过去上层用户发出请求时，需要通过网络服务提供商传达给网络上的每一个网络设备，再由设备的控制功能来控制设备进行数据转发，实现整个通信网络的数据流通。随着网络中的数据越来越多，一旦传输计划有变更，网络服务提供商需要传达到每一个网络设备，效率低下。SDN就是在上层应用（上层用户和网络服务提供商）和基础网络设施之间加入一个控制层，它将设备的控制功能和转发功能分离，这样硬件厂商就不用针对每个硬件设计和安装对应的软件系统，使得硬件可以通用化。具体的控制转发功能由SDN控制层进行统一管理，这样就大大提高了运行效率。打个比方，假如现在有一家影视公司，接金主爸爸的要求，找旗下的演员一起拍一部短片。在过去，这个流程是金主爸爸把需求告诉影视公司的老板，然后老板找到部门主管，部门主管挨个通知各个演员的经纪人，告诉他们需要演什么。经纪人再将需求通告给演员。不过呢，这个金主爸爸对短片作品的要求很严格，老是要改细节。每次一改动，部门主管都要再挨个给经纪人说一遍，而不同演员的档期不同，演员和演员之间也不了解，沟通起来非常困难，效率低下。影视公司的老板一看，不高兴了，直接对主管说，你不要管这个事了！然后，老板找来一个叫SDN的人来接替主管的活。这个SDN是怎么干的呢？他首先把各个演员的经纪人给撤了，然后拉了个大群，有什么消息直接在群里对演员说。同时，他还让演员把自己的档期都提报上来，他进行整理汇总之后，就可以掌握所有演员的整体安排，然后根据大家的情况和导演商量合理的拍摄时间。这样一来，整个效率就上来了，不同演员也能很好的安排自己的任务，活动进行地有条不紊。这大致就是SDN干的事情。SDN和NFV都是5G网络切片需要用到的关键技术，而且在接入、承载、核心三个环节其实都有用到，只是各自的侧重不同。在核心网层面，主要通过叫做SBA架构（Service-basedArchitecture）的技术。SBA的基本理念是将原来的整体的拓扑化网络结构打散，拆分成一个一个负责单一小业务的网元，这些网元之间使用轻量化接口通信，有利于扩展、升级、分担负荷等，工作的时候，这些网元又会像拼图一样协作起来，以支持网络切片的应用。这些是在纵向上的，在横向上，5G的接入网、承载网、核心网也会彼此之间协同工作，这也和过去不同。过去这基础架构上的三个环节都是各扫自家门前雪，彼此间几乎没有协同，而现在不同了，需要无线、承载和核心网之间彼此共同组成端到端的5G网络切片功能，就必须保证三者之间的协同合作。总结来说，为了实现网络切片的功能，5G的接入网、承载网和核心网不仅会改造自身的架构，让自己变得更加灵活、高效，以实现切片管理的功能，更要做到彼此间的协同合作，共同组成5G端到端的切片功能。以上就是5G网络切片技术的大致内容。需要说明的是，亚汇网这里只是从大概理念层面为大家做通俗讲解，实际在具体操作和技术层面，要复杂百倍。最后我们再做一个归纳总结，就是5G真正的能量在于以一个统一的网络架构来构建未来万物互联的世界。因为万物互联，所以网络需要承载的业务种类空前多样，因为业务多样，所以要对网络进行切片、分割，让不同的切片各司其职；因为网络要切片，所以深入到5G的基础架构层面，也要做相应的技术改造，由此形成5G网络切片的整个体系。而作为消费者的我们，还需要给5G的演进一些时间，而那个由它来变革的世界，一定在不远的未来等待着我们。