5G切片技术在物联网中的研究和实践
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摘 要：随着5G技术的发展，我国正逐步迈入5G时代。5G通信技术背景下，网络中接入的物联网设备数量庞大，而设备对网络的要求因类型、种类不同有着差异化的要求，如何在基于相同网络设施的前提下进行不同QoS需求的满足，成为业内重点研究课题。本文以5G切片技术的研究为基础，进一步阐述物联网中5G切片技术的具体实践。
关键词：物联网;实践;网络切片;研究
人们的生活因4G技术发生翻天覆地的转变，而5G时代的到来则是社会改变的重要契机。5G网络的应用可以为民众带来更为快速、高效的宽带体验，亦可以实现对移动网络多样化需求的拓宽。以往垂直行业业务的具体作业、运行模式因5G网络的低延时、高带宽特性而发生巨大转变，在推动垂直行业决策的智能化发展同时，实现对运行效率的显著提升。在此背景下，5G切片概念诞生，作为物联网应用的“咽喉”，网络切片技术具备定制化、敏捷化等特点，可实现对专属化网络的构建。
一、5G网络切片技术分析
5G时代下，宽带可做到全面、全方位覆盖，确保在5G时代下人与人、物与物、人与物之间通信需求多样化的满足。2015年，颁布的《NGMN 5G 白皮书》中对5G使用的24个典型场景做出明确界定。而通过对不同场景网络需求的分析发现，不同场景的具有差异化的网络需求，从50kb～1Gbit/s的连接带宽，到秒级至1ms的时延，再到200至15万的连接数量，不同场景的具体需求不同。但是无论任何场景，一旦发生通信业务中断现象，轻则造成经济损失，重则造成人员伤亡。若为不同场景、业务构建专有化网络，虽然能满足业务具体需求，但业务拓展会因高昂的网络成本而受到限制。若以相同网元、网络设备为基础，进行业务的共同承载，极易因QoS的差异化而产生业务干扰的问题，甚至会导致业务QOS需求因网络问题无法得到保障，进而限制业务的发展[1]。
得益于虚拟化技术的发展与应用，依托于虚拟化技术应用，实现在相同物理设施上进行针对性管理编排，依据业务的差异化进行针对性资源的分配，以此为单独业务分配独有资源，满足不同业务的具体网络需求。而业务在使用独有资源时仍会以相同物理设施为依托，进而在提升资源利用率的同时，促使网络规模效应的体现，此分配模式的应用即为网络切片技术，具体囊括：（1）智能手机切片。进行网络功能的分布、部署，进行智能移动终端的5G切片[2]。（2）自动驾驶切片。自动驾驶对网络的可靠性、时延性、精准性有较高的要求。需以时延为基准在云边缘节点进行必须功能的安设，并通过开放接口的定义实现垂直程序在云节点进行加载。（3）IOT切片。切片技术支持对传感器等大型设备的切片。上述不同网络需求与切片均以相同物理设施为基础。
二、物联网中5G切片技术的实现
（一）网络切片框架构成
网络切片技术的实现需以SDN、NFV技术为依托，其中NFV技术主要是依据对虚拟化技术的应用，虚拟资源分配时利用NFVO进行网络资源有效分配，并在数据中心虚拟机中进行自动化的应用部署[3]。立足于不同的应用，其网络资源与虚拟机的分配均具备独有性和针对性;而针对CDN技术，主要是依托于转发分离与控制的理念，在SDN控制器中进行网络控制能力的集成，运行期间各业务均有SDN控制器进行IP转发路径的控制，确保其业务相应的QOS得到充分的保障与支撑。
分析网络切片架构的不同构成：（1）云数据中心。主要是网络、计算、存储资源的提供，具体提供对象包括各个业务以及VNF，具备实时性、动态性特点。（2）VIM。主要是进行物理设施与数据中心虚拟资源的管理，并具备虚拟机分配的作用，需在虚拟机运行期间动态化的状态监控。（3）SDN控制器。以特定管理范围为依据，进行转发设备的状态监控，依据对业务流转发路径的确定与明晰，进行处理策略的制定。（4）VNF。主要是指存在于虚拟化网络的应用，VNF可体现为网络切片中的应用。（5）VNFM。是指VNF管理器，其功能作用为VNF的周期性管理，运行期间与VIM相配合，以Orchestrator为依据在虚拟机上进行VNF的分配[5]。（6）NFVO。是指VFV编排器，功能体现为周期性管理相关业务，并具备全局跨域资源管理的作用，囊括资源包括接入网、跨数据中心等，依托于业务需求的分析进行虚拟化资源合理选择。以NFVO为依托，可实现对网络切片管理功能拓展，具体包括：①以切片网络为基础，进行动态需求的下发与管理。②以切片业务为基础，进行靜态需求的下发与管理。
（二）网络切片的创建
分析网络切片的具体创建过程，体现为：（1）网络切片创建时，其切片管理器会进行切片需求资源的分析，并将其资源需求通知NFVO。（2）待NFVO得知切片资源需求后，在全局资源中为切片创建找寻契合的网络资源，包括网络传输、虚拟机资源等，若情况必要需对资源利用VIM进行预留[5]。（3）进行VIM与VNFM的相配合，可以是专有VNFM，也可以是通用VNFM，在分配完成的虚拟机中进行网络切片应用的部署，并运行网络切片应用。（4）若切片所需资源存在跨数据中心的情况，需通过告知SDN控制器进行IP传输QOS保障的提供，确保IP传送路径的合理性。
结束语：
5G进程已然得到一定的推进与建设，而在5G时代背景下，智能家居、智慧城市、自动驾驶、工业互联网等业务会有差异化的网络需求，要想为不同业务QOS提供保障，需重视对切片技术的研发与应用，以此在为不同业务分配独有资源的同时，促使多元化的QOS需求得到保障。
参考文献：
[1]孙彪. 云化切片技术在5G网络中的应用探讨[C]// 面向5g的lte. 2016.
[2]舒文琼. 爱立信：5G应用众口难调 网络切片破解难题[J]. 通信世界， 2016（15）：44-44.
[3]XIA Xu， ZHU Xuetian， MEI Chengli，等.5G切片在电力物联网中的研究和实践[J]. 移动通信， 2019， 043（001）：63-69.
[4]蒋志良. 物联网形式下的5G技术研究与应用[J]. 通讯世界， 2018， No.335（04）：42-43.
[5]吴志昊， 李俊峰. 网络切片在5G中的应用与分析[J]. 通讯世界， 2019（7）.
作者简介：
刘智宇（1989-9），男，汉族，辽宁锦州人，通信工程学士，任职于吉林吉大通信设计院股份有限公司工程师，研究方向：传输专业。
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