5G網絡切片，到底是什么？
2019-04-10 09:36:13 無線深海一看到切片，首先想到的，必然是把一個完整的東西切成薄片。于是，切面包或者切西瓜這樣的畫面，映入腦海。
然而，我們的網絡，就是一臺臺硬件設備。網絡上，是飛奔的比特數據流。這切片，到底是咋回事呢？硬件設備能切嗎？數據能切嗎？怎么切？
關于切片，我們有太多的疑問
要回答上面這些問題，首先需要明白——網絡切片到底是什么。
讓我們從5G的前輩，3G和4G開始說起吧。
從3G時代開始，數據業務，也就是“手機上網”這一需求異軍突起，逐漸取代語音業務，成為運營商們的主要收入來源。
數據業務其實有很多種，但是，因為網絡資源有限，不可能保證所有業務都能全速進行。于是，需要對不同的數據業務進行優先級排序。
最簡單的方式，就是對業務進行分類，給予不同優先級的業務不同的資源、不同的服務質量，這就是QoS（Quality of Service）的來源。
不同的業務，不同的QoS！
于是，一幫專家們對所有用戶各種類型的業務進行了充分研究之后，根據不同業務對時延、丟包率的不同要求，進行了如下的分類：
會話類：語音和視頻電話就是最典型的會話類業務，其特點是端到端時延小，業務量上下行對稱或幾乎對稱。
交互類：交互類業務一般指的是終端和服務器進行在線數據交互的業務，特點是請求響應模式。最典型的交互類業務就是網頁瀏覽、數據庫檢索、網絡游戲等。
流媒體類：流類業務也是實時性的，但是由于它是單向傳輸，不需要進行交互，所以實時性要求沒有會話類業務那么嚴格，并且允許一定的丟包率和錯包率。典型的流類業務是人們在網絡上欣賞音頻或者視頻節目。
后臺類：背景類業務包括一些自動的后臺電子郵件接收、彩信或者接收一些文件和數據庫下載。這類業務的特點是用戶對傳輸時間沒有特別的要求，但是對丟包率的要求很高。
3G定義的業務類型
運營商們根據這些不同的業務的需求，排出了優先級，優先保證對網絡要求高的業務，然后再兼顧低優先級的業務。
這樣的做法，使所有業務都能滿足用戶的使用需求，獲得了大家的認可。
到了4G時代，更是定義了9種最基本的QoS等級，對于不同業務的服務級別的管理更加精細化。
4G標準的QoS等級定義
到了5G時代，這一切又都發生了變化。
因為5G不再只用于人和人之間的通信，而是懷揣著萬物互聯的夢想而降生。
5G，實際上是一張擁有三副面孔的“多重人格網絡”。
三副面孔，也就是它的三大應用場景，分別是eMBB（增強型移動寬帶）、uRLLC（高可靠低延時通信）和mMTC（海量機器通信）。
5G網絡的三大場景及其QoS需求
參照上面這張圖，我們來看看三大場景對于5G網絡的需求：
增強型移動寬帶（eMBB）：需要關注峰值速率，容量，頻譜效率，移動性，網絡能效等這些指標，和傳統的3G和4G類似。
海量機器通信（mMTC）：主要關注連接數，對下載速率，移動性等指標不太關心。
高可靠低時延通信（uRLLC）：主要關注高可靠性，移動性和超低時延，對連接數，峰值速率，容量，頻譜效率，網絡能效等指標都沒有太大需求。
所謂“汝之蜜糖，彼之砒霜”，這些業務對網絡要求側重點的完全不同。
自動駕駛
例如，自動駕駛需要在行駛過程中，為了應對危險，需要在1毫秒（ms）左右的超低時延內和網絡進行極高可靠的通信。
與之不同的是，自來水公司擁有成千上萬個智能水表需要上報數據，因此超大容量是至關重要的，至于網速慢一些，誤碼率高一些問題都不大，甚至連小區切換功能都不需要。
這些不同業務截然不同的特點，讓脫胎于3G和4G時代，僅針對智能手機的移動寬帶業務的QoS方案使用起來捉襟見肘。
并且，在5G時代“萬物互聯”的宏大構想內，除了eMBB繼承自之前的手機上網業務之外，mMTC和uRLLC都是屬于物聯網業務。
運營商要開展物聯網業務，必然涉及到和其他物聯網服務提供商的合作和定制化，如何為合作伙伴提供一張按需定制，獨立運維，穩定高效的網絡，也就成了亟需解決的技術需求。
于是，這些聰明的工程師想到了一個點子：何不布上幾張獨立的子網絡來支持5G的幾大場景？這些子網絡的無線、承載和核心網等資源都完全和其他網絡隔離開來，而QoS依舊只局限在某一張子網絡的內部進行服務質量管理。
比如說，我們建上三大類子網絡：eMBB，mMTC和uRLLC各一類，這些網絡之間是獨立不受影響，每張子網絡內部的不同業務依舊使用QoS來管理。并且在同一類子網絡之下，還可以再次進行資源的劃分，形成更低一層的子網絡，比如mMTC子網絡還可以按需分為：智能停車子網絡，自動抄表子網絡，智慧農業子網絡等等。
相當于把QoS從二維擴展到了三維，這些相互隔離的子網絡就叫做網絡切片或者子切片。
5G網絡切片劃分示意圖
既然要切片，首先必須要把各個模塊統一起來管理，形成一個有機整體，然后才能有切片的可能。就像制作切片面包一樣，先要把面粉、雞蛋，奶等各種原料糅合，經由發酵過程，在烤制成一大塊的完整面包之后，才能進行切片。不同切片再通過協調工作，才能組成美味的三明治。
那么5G是怎樣實現各個模塊的統一管理和資源切分呢？這就要引入NFV和SDN技術了。
NFV的全稱是“Network function virtualization”，這就是大名鼎鼎的虛擬化。隨著通用服務器處理能力的大幅增強，便有了余力拿出一部分資源作為虛擬化層，把網絡中的計算（類似電腦的CPU，內存）、存儲（類似電腦的硬盤），以及網絡（類似電腦的網卡）這些資源進行統一管理，按需劃分。這樣一來，一臺，甚至多臺物理服務器的硬件就形成了資源池，可以按照需要劃分成若干邏輯服務器，供各種應用來使用。
虛擬化基本架構
SDN的全稱是“Software Defined Network”，又叫軟件定義網絡。
區別于傳統網絡中的各個路由轉發節點各自為政，獨立工作的現狀，SDN引入了中樞控制節點：控制器，用來統一指揮下層設備的數據往哪里發，下層網絡設備只需要照著執行即可。這樣一來，就像網絡有了大腦一樣，可以實現控制和轉發分離，網絡靈活性和可擴展性大為增強。
SDN架構
依托如今大行其道的虛擬化和軟件定義網絡(NFV/SDN技術，我們可以把所有的硬件抽象為計算，存儲和網絡這三類資源進行統一管理分配，給不同的切片不同大小的資源，且完全隔離互不干擾，實現了邏輯上的高層統一管理和靈活切割。因此NFV/SDN成為了網絡切片技術的基礎。
5G網絡切片和壽司像極了！
遙想3G和4G時代的QoS管理，雖說無線，承載跟核心網都有參與，但卻是在各立山頭，分別處理，都只管自己的那一畝三分地，沒有任何的全局把控。
跟3G和4G不同，5G對網絡切片進行了全面的設計，可以對各類資源及QoS進行端到端的管理，橫貫無線、承載與核心網，并使之成為5G網絡的基本特征之一。
在這樣的架構之下，在負責高層網絡切片管理功能之下，分為無線，承載，核心網幾個子切片，分工合作，完成重任。
這樣一來，網絡切片就劃分為了縱向和橫向兩個維度。先在縱向的無線，承載，核心網子切片完成自身的管理功能，再在橫向上組成各個功能端到端的網絡切片。所謂橫向協同，縱向到底。
5G端到端網絡切片及統一管理
無線子切片：切片資源劃分和隔離，切片感知，切片選擇，移動性管理，每個切片的QoS保障。
承載子切片：基于SDN的統一管理，承載也可以被抽象成資源池來進行靈活分配，從而切割成網絡切片。
核心網子切片：核心網在5G時代可謂變得媽都不認識了，基于SBA（服務化架構 Service Based Architecture），以前所有的網元都被打散，重構為一個個實現基本功能集合的微服務，再由這些微服務像搭積木一樣按需拼裝成網絡切片。
最后，經過無線，承載和核心網這些縱向子切片的協同工作，為端到端的橫向切片：eMBB、mMTC和uRLLC提供支撐，不同的業務得以在不同的切片之上暢行。
基于網絡切片，運營商以此可以把業務從傳統的語音和數據拓展到萬物互聯，也將形成新的商業模式，從傳統的通信提供商蛻變為平臺提供商，通過網絡切片的運營，為垂直行業提供實驗、部署和管理的平臺，甚至提供端到端的服務。
運營商可以用B2B2C的方式來銷售網絡切片，并通過引入DevOps（開發和運營同步進行）的理念和模式，可以極大地提升切片運營的效率。
網絡切片的運營閉環
DevOps工作流肇端于客戶的切片訂購和需求輸入，然后經過切片模型定義，切片設計，切片部署，切片監控，切片保障和切片運營這樣一個切片設計和運營的閉環，使5G網絡切片靈活高效運轉。
總而言之，如果說4G網絡是一套菜刀，雖然鋒利但用途單一；那么，5G網絡就是一把瑞士軍刀，靈活方便、用途廣泛、功能強悍。
這把軍刀到底有多強，隨著5G的臨近，就讓我們親自去見證吧！
