在 5G 網(wǎng)絡(luò)中，同一基礎(chǔ)設(shè)施上可能需要同時(shí)運(yùn)行多種應(yīng)用程序，而這些應(yīng)用程序的QoS （服務(wù)質(zhì)量）需求不同。網(wǎng)絡(luò)切片允許根據(jù)特定需求靈活定制專用虛擬網(wǎng)絡(luò)。

在本文中，我們將討論網(wǎng)絡(luò)切片的整體概念，重點(diǎn)關(guān)注 5G RAN（NG-RAN，下一代無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)）和O-RAN 中的網(wǎng)絡(luò)切片。

5G網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片使用單個(gè)物理基礎(chǔ)設(shè)施，允許虛擬化并提供多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)可以滿足不同的需求。

網(wǎng)絡(luò)切片是一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，包括一組網(wǎng)絡(luò)功能 (NF)，支持在公共物理基礎(chǔ)設(shè)施上部署特定用例的通信服務(wù)。這些用例可能涉及具有不同需求的應(yīng)用程序，例如 V2X（車聯(lián)網(wǎng)）、物聯(lián)網(wǎng)或 MBB（移動(dòng)寬帶）。



圖 1. 網(wǎng)絡(luò)切片概念（BBU：基帶單元，RF：射頻）

上圖是網(wǎng)絡(luò)切片的不同用例。核心云是一個(gè)中心位置，通常是具有大計(jì)算能力的運(yùn)營(yíng)商的區(qū)域數(shù)據(jù)中心。邊緣云靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣，保證遠(yuǎn)距離的云計(jì)算資源，減少數(shù)據(jù)處理的延遲。不同功能的組件組成了不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)——也就是切片，以支持不同的需求：

1）eMBB（增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶）切片要求為用戶提供高吞吐量，因此在邊緣節(jié)點(diǎn)/云上有本地緩存功能，而移動(dòng)管理、計(jì)費(fèi)、會(huì)話和訪問(wèn)管理放在核心云上；

2）IoT/mMTC（大規(guī)模機(jī)器類型通信）切片需要為大量靜態(tài)設(shè)備提供服務(wù)，很少發(fā)送小型報(bào)告。因此部署了一個(gè)輕量級(jí)核心，沒(méi)有移動(dòng)性管理。除此之外，除 RAN 功能之外的所有內(nèi)容都集中部署。不需要緩存，延遲要求不嚴(yán)格。相反，服務(wù)用戶更希望收集分析數(shù)據(jù)，以集中處理來(lái)自大量傳感器的數(shù)據(jù)；

3）V2X（Vehicular-to-Anything）切片需要非常低的延遲，因此更多的功能被部署在靠近邊緣的地方，以確保較低往返時(shí)間，例如移動(dòng)性或會(huì)話管理。同時(shí)，一些對(duì)延遲不敏感的功能被集中部署。

網(wǎng)絡(luò)切片對(duì) NG-RAN 的影響

與切片有關(guān)的不僅僅是核心網(wǎng)絡(luò)，RAN 也與切片有關(guān)，需要通過(guò)無(wú)線電資源管理 (RRM) 確保資源隔離、可用性和資源的正確選擇。NG-RAN 需要支持不同的切片并進(jìn)行差異化處理。

每個(gè)切片通常都附帶其服務(wù)水平協(xié)議 (SLA)。RAN需要對(duì)切片之間進(jìn)行資源管理，例如RAN 需要決定如何重新安排擁有的資源。gNB 可以支持多個(gè)切片，保證動(dòng)態(tài)資源適應(yīng)是應(yīng)用最優(yōu)資源管理策略的關(guān)鍵。切片之間的 SLA 保護(hù)是確保資源隔離的一部分，因此當(dāng)一個(gè)切片出現(xiàn)擁塞時(shí)，它不會(huì)影響另一個(gè)切片的 SLA。

下表詳細(xì)闡述了網(wǎng)絡(luò)切片對(duì) RAN 影響：



表 1. 網(wǎng)絡(luò)切片對(duì) NG-RAN 的影響

O-RAN 中的網(wǎng)絡(luò)切片

O-RAN概述

O-RAN是虛擬化的RAN解決方案。虛擬化是指在軟件中模擬硬件平臺(tái)的能力。所有的功能都從硬件中分離出來(lái)，并模擬為虛擬接口，具有與傳統(tǒng)硬件相似的操作能力。3GPP R15引入了CU和DU分離的RAN架構(gòu)，定義了CU-CP（控制面）和CU-UP（用戶面）之間的E1接口，以及CU與DU之間F1接口。

O-RAN與網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片是 O-RAN 的關(guān)鍵用例之一，切片內(nèi)的資源管理和切片間的資源優(yōu)化是 O-RAN 聯(lián)盟的工作重點(diǎn)。挑戰(zhàn)之一是確保切片資源隔離，即一個(gè)切片使用的資源與其他切片無(wú)關(guān)。另一個(gè)挑戰(zhàn)是適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)展資源以確保特定切片內(nèi)的 SLA。

圖 2 是O-RAN聯(lián)盟定義的切片參考架構(gòu)。



圖 2. O-RAN 切片參考架構(gòu)（NSMF：網(wǎng)絡(luò)切片管理功能、NSSMF：NSS 管理功能、NFMF：NF 管理功能、NFVO：NFV Orchestrator、VNFM：VNF 管理器）

“切片管理功能”模塊包含典型的 ETSI MANO 類型功能，這些元素放置在 SMO 中，這是進(jìn)行切片生命周期管理 (LCM)（例如切片的實(shí)例化、操作、修改和終止）以及云資源擴(kuò)展的地方。

Non-RT 和 Near-RT RIC 負(fù)責(zé)優(yōu)化各種網(wǎng)絡(luò)切片的資源使用，它們配備了切片感知和切片專用的 xApp 和 rApp，通常還配有用于預(yù)測(cè)行為的ML控制機(jī)制。O-CU 和 O-DU 負(fù)責(zé)提供與切片相關(guān)的性能測(cè)量 (PM)、切片感知（例如調(diào)度）和切片專用（例如流控制）算法的執(zhí)行，以滿足所請(qǐng)求的 SLA。

以上所有這些都需要 O-RAN 定義的接口，包括 E2 （用于 PM 報(bào)告和操作執(zhí)行）、A1（用于切片相關(guān)的策略控制）、ML 模型更新、O1（用于重新配置用于切片目的的節(jié)點(diǎn)）、O2（用于云計(jì)算平臺(tái)的擴(kuò)展），以及用于各種切片實(shí)例化功能的LCM。

下表詳細(xì)概述了有關(guān) O-RAN 架構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)切片：



表2. O-RAN及其與網(wǎng)絡(luò)切片的關(guān)系

O-RAN 切片部署示例

下圖顯示了部署示例選項(xiàng)中兩個(gè)切片到 O-RAN 架構(gòu)的映射。

Near-RT RIC 位于區(qū)域云中，虛擬 O-CU 和 O-DU 位于邊緣云，而作為物理功能的 O-RU 位于小區(qū)站點(diǎn)。O-RU和O-DU(作為處理單元)對(duì)于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片都是通用的。

在這個(gè)特定示例中，兩個(gè)切片都使用單個(gè) O-CU-CP 實(shí)例進(jìn)行控制，而每個(gè)切片都有一個(gè)專用的 O-CU-UP 實(shí)例。在這種情況下，如果 UE 連接到兩個(gè)切片，則存在單個(gè) RRC 連接來(lái)管理切換過(guò)程和單元分配（通過(guò)公共的 O-CU-CP）。屬于不同切片實(shí)例的每個(gè)服務(wù)可以通過(guò)單獨(dú)的 SDAP/PDCP 堆棧（在專用的 O-CU-UP 內(nèi)）擁有自己的專用 QoS 處理和單獨(dú)的流控制。

Near-RT RIC 負(fù)責(zé)管理 O-DU 內(nèi)的資源，以確保 PRB 分配通過(guò)通用 xApp 滿足每個(gè)切片的 SLA，同時(shí)提供切片特定的 xApp 來(lái)管理每個(gè)切片內(nèi)的 QoS 流。

圖 3. O-RAN 切片部署示例 ?

總 結(jié)

過(guò)去移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用的“一刀切”網(wǎng)絡(luò)模式已不再適合如今多變的市場(chǎng)模型，每個(gè)用例都有自己獨(dú)特的性能要求，“一刀切”的服務(wù)交付方法已經(jīng)過(guò)時(shí)。未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)從“one size fits all”向“one size per service”過(guò)渡。網(wǎng)絡(luò)切片承諾將“盡力而為”的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁└呖煽啃缘木W(wǎng)絡(luò)，利用單一的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)適應(yīng)不同且存在差異的服務(wù)質(zhì)量(QoS) 要求。

O-RAN 聯(lián)盟工作涉及 RAN 上下文中的切片，Non-RT 和Near-RT RIC 負(fù)責(zé)資源隔離、優(yōu)化和擴(kuò)展。它們根據(jù)流量的實(shí)際需求采取行動(dòng)，可以使用切片專用或切片感知的 xApp 和 ML 模型，例如，在預(yù)期的流量增加或減少之前進(jìn)行預(yù)測(cè)和行動(dòng)。最后，在 O-RAN 架構(gòu)中，O-CU-UP 可以為每個(gè)切片專用，而 O-CU-CP 和 Near-RT RIC 共享并處理跨切片操作和優(yōu)化。






審核編輯：劉清