電子發(fā)燒友App
5G在需求定義之初即面向萬物互聯(lián)，eMBB、uRLLC、mMTC三大應(yīng)用場景分別應(yīng)對高帶寬、低時延高可靠和海量機器類型連接的需求，后兩者主要面向物-物之間的連接，因此正如公眾號「5G行業(yè)應(yīng)用」文章《5G發(fā)展的五大動力和四大挑戰(zhàn)》中所述，5G有別于之前的移動通信網(wǎng)絡(luò)主要面向消費市場這一發(fā)展主線，具有消費性、管理性和生產(chǎn)性三大發(fā)展主線，而主要的增量收入來自于后兩者。按照GSMA對全球運營商CEO的調(diào)查，69%的受訪者認為企業(yè)（B2B、B2B2C）是5G收入的最重要來源，遠高于消費者（B2C）的23%。
不管是5G本身定義的不同應(yīng)用場景能力，還是垂直行業(yè)千差萬別的需求，都很難想象能夠用一張網(wǎng)絡(luò)來滿足，因此網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)被普遍認為是5G滿足垂直行業(yè)需求，使能千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的理想技術(shù)架構(gòu)，那么網(wǎng)絡(luò)切片真能承擔(dān)這樣的角色嗎？
一、網(wǎng)絡(luò)切片是什么？
網(wǎng)絡(luò)切片是什么？為了便于理解網(wǎng)絡(luò)切片，首先我們看一下移動通信網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的演變，最先的1G/2G時代，移動通信主要提供語音業(yè)務(wù)和消息業(yè)務(wù)（短信），語音業(yè)務(wù)是信道化的，所有用戶共享一個物理網(wǎng)絡(luò)，通話用戶獨占信道，運營商按通話時間收取費用。
從2G末期到3G/4G的時期，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和智能手機的普及，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為移動通信網(wǎng)絡(luò)增長最快的業(yè)務(wù)，人們通過手機享受各種互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，運營商則按照數(shù)據(jù)流量收取費用。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是IP化的，各種不同的業(yè)務(wù)（語音、視頻、圖片、游戲、電子郵件、瀏覽網(wǎng)頁等）都跑在這個管道里，但顯然不可能讓每種業(yè)務(wù)都按照最快的方式發(fā)送，網(wǎng)絡(luò)能力無法滿足，而完全平等的發(fā)送所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)則可能會使得某些業(yè)務(wù)無法及時調(diào)度而導(dǎo)致用戶體驗不好，兼顧網(wǎng)絡(luò)能力和用戶體驗的簡單方法就是根據(jù)不同業(yè)務(wù)的實際需求，比如時延、誤碼率/丟包率區(qū)分，分出優(yōu)先級，按照優(yōu)先級進行調(diào)度，3G時期就采用這種方法分為了會話類、交互類、流媒體類、背景類四種業(yè)務(wù)，4G時代增加了速率保障維度，劃分出了9種QoS等級。
5G面向萬物互聯(lián)，定義了三大類場景，對網(wǎng)絡(luò)的速率、容量、時延、可靠性、安全性、頻譜效率、移動性、網(wǎng)絡(luò)能效、服務(wù)成本等有不同的需求，而且物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還需要和第三方平臺、應(yīng)用融合，同時能滿足不同行業(yè)對安全隔離的要求。再沿用3G/4G的方式按照不同需求維度進行調(diào)度優(yōu)先級的劃分在具體實現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)管理上就變得不再可行。
為了解決這個問題，3GPP從R14開始進行網(wǎng)絡(luò)切片的研究，引入網(wǎng)絡(luò)切片的概念：在同一個物理網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建端到端、按需定制和隔離的邏輯網(wǎng)絡(luò)，提供不同的功能、性能、成本、連接關(guān)系的組合，支持獨立運維，為不同的業(yè)務(wù)和用戶群提供差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這樣一來，就將原本QoS的“業(yè)務(wù)類別/業(yè)務(wù)特性”二維擴充成了“網(wǎng)絡(luò)切片/業(yè)務(wù)類別/業(yè)務(wù)特性”三維，同時解決了行業(yè)用戶對網(wǎng)絡(luò)的安全隔離和獨立運維的要求，借助網(wǎng)絡(luò)切片端到端的設(shè)計、監(jiān)控和保障，可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)SLA的可保障服務(wù)，不需要在公共網(wǎng)絡(luò)中去爭奪資源，滿足行業(yè)用戶對通信可靠性的要求。
二、網(wǎng)絡(luò)切片為行業(yè)數(shù)字化帶來了什么？
數(shù)字化轉(zhuǎn)型是利用最新的數(shù)字化技術(shù)和能力來驅(qū)動組織商業(yè)模式的創(chuàng)新，目的是為了實現(xiàn)業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新和增長。通信技術(shù)作為基礎(chǔ)的數(shù)字化技術(shù)，在推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型上起到重要的作用。通信技術(shù)在垂直行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，光通信、工業(yè)以太網(wǎng)、WLAN、LAN、PLC等有線通信技術(shù)，電臺、2G、3G、4G等無線通信技術(shù)，在垂直行業(yè)中都得到了不同程度的應(yīng)用，滿足不同場景下的通信需求。以電網(wǎng)為例，普遍采用的通信技術(shù)和應(yīng)用如下：
但這些通信技術(shù)在應(yīng)用于智能電網(wǎng)中都面臨一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括：可擴展性差、帶寬有限（PLC）;部署成本高、周期長、移動性差（光纖）;公網(wǎng)無法保障質(zhì)量、私網(wǎng)建設(shè)成本和運維成本高（3G/4G）;帶寬有限、安全風(fēng)險（無線電臺/Wi-Fi）;部署成本高、延遲大（衛(wèi)星通信）。同時，多種通信技術(shù)的使用給電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運維帶來更多的成本。
而5G網(wǎng)絡(luò)提供高可靠性、高擴展性、高帶寬、低時延、大用戶容量等能力，再通過網(wǎng)絡(luò)切片靈活調(diào)度和合理分配網(wǎng)絡(luò)資源，在公網(wǎng)上提供滿足安全隔離要求、服務(wù)質(zhì)量保障的通信服務(wù)，相對于現(xiàn)有通信技術(shù)和以前的蜂窩移動通信技術(shù)，為垂直行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來更多的契機。
垂直行業(yè)的需求多種多樣，大致可以分為以下幾類：
網(wǎng)絡(luò)切片通過對以上能力的組合和能力開放，可以最大程度的滿足垂直行業(yè)的需求。網(wǎng)絡(luò)切片一般通過以下過程進行設(shè)計、部署、監(jiān)控保障、運維：
切片訂購：行業(yè)用戶通過切片商城/服務(wù)門戶訂購切片，并提出關(guān)鍵SLA要求;
切片設(shè)計：切片管理系統(tǒng)響應(yīng)切片訂單，將SLA的各子網(wǎng)分解，參考當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源和運行情況轉(zhuǎn)化為切片的網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和資源配置等;
切片部署：切片管理系統(tǒng)執(zhí)行切片網(wǎng)元實例化、參數(shù)的配置和切片激活;
切片監(jiān)控保障：切片管理系統(tǒng)提供切片SLA指標(biāo)的端到端監(jiān)控和上報，并動態(tài)調(diào)整切片配置，保障SLA指標(biāo)滿足客戶要求;
切片運維：切片管理系統(tǒng)提供切片級的故障告警、性能統(tǒng)計等運維功能。
除了切片訂購和服務(wù)平臺以外，網(wǎng)絡(luò)切片還需提供能力開放平臺，方便垂直行業(yè)用戶進行業(yè)務(wù)控制、策略管理、性能監(jiān)控等，有效的促進垂直行業(yè)的數(shù)字化應(yīng)用與運營商網(wǎng)絡(luò)深度結(jié)合，提供極致的用戶體驗。
三、哪些行業(yè)需要使用網(wǎng)絡(luò)切片？
如前所述，網(wǎng)絡(luò)切片將5G豐富的能力集按照行業(yè)的需求，提供定制化、可保障、安全隔離的通信服務(wù)，并提供能力開放，與其它業(yè)務(wù)平臺和應(yīng)用結(jié)合，形成垂直行業(yè)的數(shù)字化服務(wù)，那么有哪些行業(yè)是需要網(wǎng)絡(luò)切片的呢？我們同樣從網(wǎng)絡(luò)切片的定制化、可保障、安全隔離三個維度進行分析。
首先在消費性領(lǐng)域，以高清視頻類（4K、8K、VR/AR）、實時交互類（VR/AR）、互動娛樂類（云游戲/VR游戲）等體現(xiàn)5G高帶寬、低時延特性的業(yè)務(wù)為代表，被電信運營商認為是5G商用早期最具價值的業(yè)務(wù)。
高清視頻類消費者應(yīng)用包括點播、直播，點播主要對下行速率有要求，4K視頻目前的在線商用服務(wù)要求所需帶寬在15Mbps~25Mbps之間（與壓縮算法有關(guān)），廣播級服務(wù)以韓國為例，無線廣播是25Mbps，衛(wèi)星/有線廣播40Mbps，均為逐行60fps高幀率內(nèi)容。8K視頻提供更高的信息密度承載能力，更多的細節(jié)呈現(xiàn)力，不僅是提高了視頻的觀看體驗，在醫(yī)療、安防監(jiān)控、工業(yè)、考古等領(lǐng)域?qū)⒂懈嗟膽?yīng)用，60fps的8K視頻需要帶寬在80~100Mbps。直播包括以電視臺、網(wǎng)絡(luò)直播的廣播服務(wù)提供商和以個人為主的網(wǎng)絡(luò)直播平臺等，內(nèi)容生產(chǎn)端需要上行速率，消費端則需要下行速率。
VR/AR具有高傳輸帶寬，實時交互特性，傳統(tǒng)有線和無線的通信方式使得用戶體驗較差，延緩和限制了VR/AR的成熟和發(fā)展，以VR為例，需求如下：
大型游戲以其良好的可玩性和極致體驗受到游戲愛好者的喜愛，但是對終端的需求很高，往往需要配備游戲電腦、頂級顯卡，游戲安裝包大小通常是2GB甚至更高，玩家入門門檻高?！霸朴螒颉蓖ㄟ^將渲染放在邊緣云端，處理的結(jié)果壓縮后通過網(wǎng)絡(luò)傳給用戶，使得用戶終端無需高端顯卡等設(shè)備，只要能夠以“視頻”的方式播放這些游戲畫面就可以獲得流暢的游戲體驗，因此成為游戲發(fā)展的熱點。但游戲“云化”的結(jié)果需要網(wǎng)絡(luò)提供100Mbps的帶寬和10ms級別的時延，并能夠提供穩(wěn)定的通信服務(wù)。
作為典型的eMBB類應(yīng)用，通過網(wǎng)絡(luò)切片提供對帶寬的保障，可以為高清視頻服務(wù)商向其高端用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。
整體來說，視頻/游戲服務(wù)端通過采購切片一方面提高自身業(yè)務(wù)的質(zhì)量，另一方面將高質(zhì)量服務(wù)以體驗的形式賣給用戶;而運營商則以高效率的方式提供差異化服務(wù)，以網(wǎng)絡(luò)切片發(fā)展更多用戶，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)價值變現(xiàn)。
其次在管理性領(lǐng)域，公共安全、智慧城市是GSMA網(wǎng)絡(luò)切片需求定義的兩大類行業(yè)應(yīng)用。公共安全通信應(yīng)用包括關(guān)鍵任務(wù)Push-to-Talk、視頻監(jiān)控、關(guān)鍵任務(wù)IoT（無人機、安全應(yīng)急網(wǎng)、醫(yī)療應(yīng)急網(wǎng)等）等，智慧城市則包含城市管理的各個方面，包括智慧社區(qū)、智慧政務(wù)、智慧交通等等。公共安全和智慧城市目前主要是通過2G應(yīng)急通信，如TETRA;蜂窩應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)如LTE專網(wǎng);有線網(wǎng)絡(luò)如公共安全視頻監(jiān)控的光通信等。公共安全和智慧城市兩個行業(yè)場景比較復(fù)雜，高帶寬、低時延、大連接的需求都存在，傳統(tǒng)采用的通信方式多樣，同時對網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全的需求比較強烈，通過網(wǎng)絡(luò)切片的方式可以按需定制，并實現(xiàn)安全隔離，但具體的應(yīng)用場景和實際需求還需要進一步探討。
生產(chǎn)性領(lǐng)域是5G最具想象力的部分，包括GSMA定義的C-V2X、智能電網(wǎng)、醫(yī)療、智能制造等場景都屬于這個范圍。中國移動探索電力、游戲、娛樂、銀行、醫(yī)療、自動駕駛等6大領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用，重點均集中在生產(chǎn)性領(lǐng)域。其中智能電網(wǎng)、智能制造、車聯(lián)網(wǎng)C-V2X是重要的三個行業(yè)。
智能電網(wǎng)如前一節(jié)中描述的，面臨不同的應(yīng)用場景，對帶寬、時延、連接數(shù)和可靠性要求各不相同，如差動保護時延要求《10ms，可靠性要求5個9;抄表應(yīng)用則需要千萬級連接數(shù);無人機/機器人巡檢要求高帶寬。同時電網(wǎng)有嚴格的行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)，對安全隔離提出了很高的要求。此外，智能電網(wǎng)的一些應(yīng)用還需要一些定制化的功能，如PMU業(yè)務(wù)需要有1us精度的授時。
網(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計上，針對三遙，差動保護等配電自動化應(yīng)用、精準(zhǔn)負控;配網(wǎng)向量測量PMU等應(yīng)用，設(shè)計uRLLC類型的切片;針對變電站機器人巡檢、輸電線路無人機巡檢等應(yīng)用，設(shè)計eMBB類型切片;高級計量抄表類應(yīng)用，設(shè)計mMTC類型切片，并按照電力信息通信安全分區(qū)的要求，對生產(chǎn)控制區(qū)、生產(chǎn)非控制區(qū)、生產(chǎn)管理區(qū)、信息管理區(qū)和外網(wǎng)，分別設(shè)計不同隔離方式，滿足安全隔離的要求。
智能制造領(lǐng)域廣泛采用機器人、無人機、數(shù)字裝配、VR等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)、柔性制造。通過有線的方式，或者工業(yè)WiFi、4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)等，無法完全滿足智能制造生產(chǎn)場景中移動性（有線）、時延&可靠性（WiFi、4G）、帶寬和連接數(shù)量（4G 、WiFi）的需求，同時，智能制造對計算的本地部署（MEC）有強烈的需求，以解決時延和數(shù)據(jù)安全的問題。網(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計上，對于高清監(jiān)控、VR數(shù)字制造等應(yīng)用，設(shè)計eMBB類型切片;對數(shù)控車間，需要海量設(shè)備的連接，設(shè)計mMTC類型切片;對于生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)，設(shè)計uRLLC類型切片。同樣的，智能制造一般包括生產(chǎn)控制、信息采集、辦公應(yīng)用等，對隔離的要求各不相同，切片設(shè)計的時候考慮不同安全隔離方式。
車聯(lián)網(wǎng)是綜合性的業(yè)務(wù)，包括V2V、V2I、V2P、V2N等，如《人車路網(wǎng)云五維協(xié)同發(fā)展5G車聯(lián)網(wǎng)》所述，需要網(wǎng)絡(luò)切片和MEC構(gòu)建更靈活的網(wǎng)，以提供高可靠的通信服務(wù)。具體SLA要求上，車-車通信V2V要求時延《5ms，可靠性99.999%;車-路協(xié)同V2I和人-車協(xié)同告警V2I要求時延《10ms;V2N提供高精度地圖下載、高清視頻、游戲、AR導(dǎo)航等服務(wù)，需要帶寬》100Mbps。具體到業(yè)務(wù)應(yīng)用上，信息服務(wù)類應(yīng)用，包括高精度地圖下載、信號配時、信息推送等，可以設(shè)計eMBB和mMTC類型切片;交通安全類應(yīng)用，如路口防撞預(yù)警、前后車事故預(yù)警、路側(cè)異常預(yù)警、行人預(yù)警等，設(shè)計uRLLC類型切片;交通效率類應(yīng)用，如車速引導(dǎo)、路徑優(yōu)化、流量優(yōu)化等，設(shè)計uRLLC和eMBB類型切片;協(xié)同類應(yīng)用，如車輛編隊、遠程駕駛、自動泊車等，設(shè)計uRLLC類型切片。
垂直行業(yè)的應(yīng)用需求多樣，和切片的相關(guān)性也各有不同，考慮eMBB、uRLLC、mMTC三種場景5G標(biāo)準(zhǔn)的成熟期，垂直行業(yè)應(yīng)用的成熟期也將會不同，參考來自于IHS Markit的報告如下：
四、網(wǎng)絡(luò)切片當(dāng)前面臨的問題和挑戰(zhàn)
從網(wǎng)絡(luò)切片當(dāng)前發(fā)展來看，eMBB標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)基本具備;借助核心網(wǎng)引入SBA架構(gòu)、RAN靈活的空口和CU/DU分離、承載網(wǎng)SDN化，支持網(wǎng)絡(luò)切片的技術(shù)組合基本完善;各主要的5G設(shè)備供應(yīng)商也都在各種場合，結(jié)合不同的應(yīng)用進行了切片的演示和測試。但是距離運營商提供網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)，至少有幾個階段需要跨越，也分別都面臨各種挑戰(zhàn)：
首先是網(wǎng)絡(luò)切片端到端拉通階段，網(wǎng)絡(luò)切片包括核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、無線接入網(wǎng)、終端、切片編排管理系統(tǒng)、切片用戶接口（切片商城和能力開放平臺），目前華為、中興、愛立信都進行過端到端的切片演示，但據(jù)觀察，主要還存在以下問題：
端到端拉通僅僅局限在單廠家設(shè)備，一般也僅包括核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、無線接入網(wǎng)和切片編排管理系統(tǒng)，跨廠家的拉通并未看到;
切片的用戶接口沒有看到產(chǎn)品出現(xiàn)，切片商城僅僅停留在概念和原型，能力開放平臺也還處在討論階段;
支持切片的移動終端沒有看到，還是基于測試終端進行;
切片拉通的許多環(huán)節(jié)還需要人工配置，自動化實現(xiàn)程度低，快速部署和靈活定制優(yōu)化還無法實現(xiàn)。
然后是網(wǎng)絡(luò)切片SLA保障增強階段，垂直行業(yè)對通信服務(wù)的質(zhì)量有確定性、可預(yù)期的要求，要提供可信的5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，需要網(wǎng)絡(luò)切片能夠?qū)Υ怪毙袠I(yè)關(guān)鍵的SLA指標(biāo)進行保障，而這不管是標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)還是產(chǎn)品，都還在討論階段，還需要解決幾個關(guān)鍵問題：
端到端性能的測量，目前標(biāo)準(zhǔn)推薦了一些端到端測量的技術(shù)選項，但具體實現(xiàn)還與客戶的需求存在差距;
RAN側(cè)資源預(yù)留和SLA保障的能力還需要討論，無線接入網(wǎng)是5G的資源和性能瓶頸，帶寬、時延等關(guān)鍵性能指標(biāo)都受到無線環(huán)境的極大影響，現(xiàn)有切片標(biāo)準(zhǔn)對無線側(cè)的規(guī)定非常簡單，很多需要依賴于具體實現(xiàn);
部分SLA定義還不明確，如何將客戶SLA根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況進行資源和參數(shù)匹配，以得到滿足客戶要求和可預(yù)期的SLA，目前還沒有實現(xiàn)方法和手段;
對于一些需要嚴格承諾SLA的高等級質(zhì)量要求場景，如電網(wǎng)應(yīng)用、火車列控、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)生產(chǎn)控制等，標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)還在討論中。同時法律義務(wù)也并不清晰。
還有商業(yè)模式探索階段，完善網(wǎng)絡(luò)切片的用戶側(cè)功能，探索行業(yè)需求，快速創(chuàng)新商業(yè)模式，是網(wǎng)絡(luò)切片從實現(xiàn)商用到取得成功的關(guān)鍵。盡管目前各類結(jié)合垂直行業(yè)的5G應(yīng)用創(chuàng)新活動百花齊放，也對網(wǎng)絡(luò)切片的需求進行了一些探索，但仍然在一些重要問題上并沒有解決方案：
垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)模型并不清晰，需要對重點行業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用進行大量的探討、驗證和試用，形成方法論和樣例庫;
網(wǎng)絡(luò)切片和行業(yè)用戶業(yè)務(wù)系統(tǒng)結(jié)合還很初級，哪些能力需要開放給用戶？用戶如何利用這些能力實現(xiàn)業(yè)務(wù)控制，提升業(yè)務(wù)體驗？網(wǎng)絡(luò)切片能力和其它能力如MEC、云等能力開放如何結(jié)合？
網(wǎng)絡(luò)切片商業(yè)模式，包括服務(wù)提供模式、商務(wù)模式（成本核算、收益評估、計費模式等）、切片運營方式等，還在初期探索階段。
網(wǎng)絡(luò)切片除了以上存在的問題以外，還面臨其它建設(shè)和服務(wù)提供方式的挑戰(zhàn)，比如專網(wǎng)建設(shè)，如果讓一些大的垂直行業(yè)獲得5G頻譜，并建設(shè)行業(yè)私有的5G網(wǎng)絡(luò)的話，運營商的5G垂直行業(yè)應(yīng)用將可能更碎片化，如何應(yīng)對5G私有網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的挑戰(zhàn)，是運營商需要考慮的一個問題。
網(wǎng)絡(luò)切片作為5G應(yīng)對不同行業(yè)應(yīng)用場景的關(guān)鍵技術(shù)，看起來確實能夠通過功能定制、SLA保障、安全隔離三大核心能力滿足大多數(shù)垂直行業(yè)的需求，結(jié)合MEC的部署和統(tǒng)一編排，加上能力開放，可以為垂直行業(yè)構(gòu)建更靈活、魯棒性更強的網(wǎng)絡(luò)，支持B2B、B2B2C、B2B2B等多種商業(yè)模式的創(chuàng)新，為運營商擴展業(yè)務(wù)領(lǐng)域，同時也為垂直行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來契機。但不管是從標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、產(chǎn)品、商業(yè)模式等，都還需要行業(yè)付出更多的工作，構(gòu)建更豐富多樣的生態(tài)，促進網(wǎng)絡(luò)切片的成熟，真正實現(xiàn)5G改變社會的宏大愿景。
來源：5G行業(yè)應(yīng)用
工商網(wǎng)監(jiān)
評論