用于物联网应用的5G网络切片技术

由于多家电信公司、研究机构以及政府机构的共同努力，5G技术的最新进展正变得越来越普遍。这项技术与物联网紧密相连，能够借助更便捷的方法来实现人类生活的便利，同时降低数据管理的复杂性。

5G网络在物联网应用中究竟是什么？

物联网的发展速度非常快，它通过将物理世界与网络元素连接起来，从而创造出更加智能、更加互联互通的世界。 到2027年，预计将有大约300亿台物联网设备问世，而这一切都得益于5G技术的普及。 尤其是，5G提供了快速、可靠且高效的连接方式，这使得设备之间的通信能力比以往任何时候都要强。 这是一种旨在将数百万种不同的设备连接到全球网络中的技术。不过，由于各个行业之间存在差异，这项技术也带来了新的挑战。 只有通过创新与适应能力，才能克服这些挑战。

5G网络的建设是为了满足各个行业的具体需求，比如医疗保健和制造业等领域。通过网络切片技术，可以将物理网络划分为更小的逻辑网络。这样就能更有效地利用资源，同时还能以极低的延迟和高的数据传输速率来支持各种应用。

5G网络干扰对物联网服务的影响

1. 物联网服务：本节详细介绍了那些正在被比较的各种物联网服务。
2. 可靠性：这个指标用于衡量5G网络在支持特定物联网服务方面的可靠性。它评估了网络持续提供可靠服务的能力，数值范围从低到高。
3. 支持多台设备：这个因素用于评估物联网服务是否能够处理多个设备。这一点非常重要，尤其是对于那些需要连接大量设备的物联网服务来说。因为网络必须能够支持这些设备的同时通信。
4. 延迟：这个因素决定了物联网设备与网络之间数据传输的延迟时间。对于诸如联网车辆和医疗健康监测等实时性要求极高的物联网服务来说，这一因素至关重要。其数值范围从低到超低不等。
5. 干扰管理技术：本节介绍了多种用于管理网络干扰的方法。 有效的干扰管理对于保持高性能至关重要，尤其是在处理那些共享相同频段的其它设备和网络时。 所列举的技术包括动态频率选择、信道跳变、波束成形、协调式多点传输、动态功率控制、干扰避免、MIMO技术（多输入多输出）、认知无线电、大规模MIMO技术，以及干扰对齐技术等。
6. 能源消耗：这个因素主要关注的是物联网设备以及网络所使用的能源情况。对于物联网服务来说，这是一个非常重要的因素，尤其是那些在偏远地区运行或依赖电池供电设备的服务。该指标的数值范围从低到高不等。

为什么采用网络分割方式呢？

网络切片是一种技术，它能够将一个物理网络划分为多个虚拟网络。这些虚拟网络分别针对不同的需求、应用程序或服务而设计。所有这些虚拟网络都像独立的网络一样运作，各自具有独特的特性。带宽延迟、安全性或移动性方面的问题。

5G网络切片将这一概念提升到了一个新的水平，同时赋予了它更高的灵活性、精确性和自动化程度。它使得网络提供商能够实时创建和控制各个网络切片，并对网络资源进行精确管理。本质上来说，网络切片就是根据用户的实际需求来分配带宽。

在传统的网络中，用户与应用程序之间的连接（即从用户端、无线接入网络、核心网络到应用服务器）构成了一个能够满足特定服务质量要求的网络结构。而切片技术则通过以灵活、按需的网络结构来替代传统的单一网络架构，从而确保高质量的服务体验。

5G网络切片基于一系列关键技术来实现。SDN以及NFV这些技术能够在共同的物理基础设施上创建和管理大量的虚拟网络。该网络的基础设施基本上可以分为三层：无线接入网、……运输网络，以及CN。

每一层都可以被独立地划分出来，从而将资源分配给不同的应用。例如，对于医疗领域的应用来说，比如远程机器人手术或远程医疗等，就需要极低延迟和极高的带宽。而另一部分网络资源则可以分配给那些需要低延迟和高带宽的游戏公司，以便它们能够顺利地进行多人游戏。

5G网络切片的影响

从商业角度来看，网络切片使得移动服务提供商能够构建为特定客户或应用而专门设计的独立虚拟网络。

不同的应用场景——比如移动宽带、设备与设备的通信、制造业或物流领域的应用，以及智能车辆等——都可以从5G的不同特性中受益。有些场景需要更高的传输速度，有些则需要更低的延迟，还有些场景则需要能够使用边缘计算功能。通过将网络划分为多个独立的区域，每个区域专注于特定的功能，这样，5G服务提供商就能为各个行业提供量身定制的解决方案。

可以预见，网络切片将对MVNOs带来好处。因为，网络切片可以满足各种需求——比如，对于以OTT为目标的MVNOs来说，可以实现低延迟和高速的视频流传输；而对于那些需要较低传输速度的场合，比如遥测操作，网络切片也能提供相应的解决方案。

此外，网络切片还可以通过改善网络间的互联互通来提升服务的可靠性。这可以通过在多个本地或国家网络上的物理基础设施上创建虚拟网络来实现；或者，可以让主机网络创建一个专门为满足移动设备所访问的网络的需求而设计的虚拟网络。

主要术语/关键词

在2G、3G和4G移动网络中，所采用的“一刀切”的策略已经不再适用了。因为现在的应用需求与以往有很大不同，比如机器对机器的通信、超可靠的低延迟服务，以及高速内容传输等需求。因此，网络切片将成为5G时代的关键技术之一。它有助于满足各种不同的、甚至相互冲突的服务质量要求，而每个网络基础设施都可以分别负责处理这些需求。

网络切片的基本思想是将原有的网络结构划分为多个逻辑上独立、具有自主性的网络。每个网络都专门用于满足特定的服务需求。

这可以通过多种方式来实现：

• 网络功能：这些是最基本的网络功能，它们可以充当构建各个网络切片时的“基础构件”。
• 虚拟化提供了一种对物理资源的抽象化视图，从而实现了统一且纯净的视图。此外，它还支持基于NFV的可扩展部署方式，即每个网络功能都独立于其所运行的硬件来运行。
• 编排：这一过程旨在确保网络切片在整个生命周期中各个网络元素的协调运作。在这种情况下，SDN被用于将切片的配置实现为动态且灵活的配置方式。

建筑学

关于如何组织网络切片，存在多种不同的方案。不过，我们可以制定一个基本的计划，该计划能够涵盖每种方案的要点。 从宏观角度来看，网络切片架构可以划分为两个主要部分：一部分负责具体的切片实现，另一部分则负责切片的管理和配置。 第一个模块采用多层架构结构，由三层组成：服务层、网络功能层以及基础设施层。 每一层在定义和部署该切片时都发挥着独特的作用。 第二个模块是一个集中式实体，通常被称为网络切片控制器。 它的作用在于监督和管理这三层之间的交互关系，从而确保多个部分能够高效地进行协作。

服务层

该服务接口直接与网络业务进行连接，比如MVNO以及第三方供应商。这些服务提供商共享相同的物理网络资源。该接口能够清晰地显示需要哪些服务。每项服务都被表示为一个服务实例，其中包含了所有与网络相关的详细信息，这些信息以SLA要求的形式呈现出来，而这些要求必须得到满足，才能创建出合适的服务切片。

网络功能层

这一层负责根据上层对服务的请求来开发每一个网络段。 它由一系列网络功能组成，每个功能都有明确的定义以及与之交互的方式。 这些功能被分布在虚拟网络基础设施上，并且相互连接在一起，从而形成了一个完整的网络段。这个网络段能够满足服务所要求的各种网络特性。 这些功能的设置涉及一系列网络操作，这些操作负责管理它们的整个生命周期。从某个服务创建时这些功能被引入开始，到当该服务不再需要这些功能时，它们会被移除。

为了更有效地利用资源，一个网络功能可以被多个部分共享使用。不过，这样做会增加管理这些操作的复杂性。另一方面，为每个部分分配一个独特的功能则可以简化设置过程，但也可能导致资源的低效使用。

基础设施层

基础设施层指的是物理网络的结构，包括无线接入网、传输网以及核心网络。它通过提供必要的资源来支持各个网络功能。这一层包含各种组件，比如用于存储和计算的数据中心、用于网络连接路由器的设备，以及用于提供无线带宽的基站等。

网络切片控制器

网络切片控制器在网络中充当“调度器”的角色，它与各个层的功能进行交互，以统一的方式管理每个切片的请求。其优势在于能够创建出既高效又具有可扩展性的切片，从而在整个生命周期内都能进行灵活的调整。在网络切片控制器的运作过程中，它负责执行各种活动，这些活动有助于提升上述各层之间的协作效率。

管理端到端的服务：这涉及到将不同的服务实例与相应的服务级别协议需求进行匹配，同时选择能够满足这些要求的网络功能。

定义虚拟资源：将物理网络资产转化为虚拟资源的过程，有助于简化这些资产的管理工作，从而更有效地分配网络功能。

管理切片的生命周期：这包括对三层结构中各个切片的性能进行监控，从而根据SLA要求的潜在变化来调整各切片的配置。

鉴于其所执行的任务具有多方位的特性，且这些任务旨在实现多种不同的目标，因此，网络切片控制器可以由多个协调器来共同组成。每个协调器负责管理特定层级的各项活动。为了确保服务需求得到满足，这些协调器必须通过共享关于创建和部署切片的相关信息来进行通信。

网络切片在物联网生态系统中的优势

网络切片在支持多个行业中的新型商业模式方面发挥着重要作用，从而能够实现各种多样化的物联网解决方案。这不仅有助于企业开拓新的市场，还能帮助它们在竞争激烈的环境中保持竞争力。

5G网络切片对物联网生态系统带来的好处有很多：

1. 专业服务：可以根据各种物联网应用的需求来定制网络切片，例如延迟、数据传输速度、可靠性以及技术规格等方面。
2. 实现价值增长的机会：企业可以通过物联网提供的独特且有用的服务来抓住价值增长的机会。例如，不同的各方可以购买具有高速或低延迟特性的网络资源，作为交换条件来换取相应的报酬。在这种收益共享模式中，企业要么获得对网络使用的费用补偿，要么获得因提供优质服务而获得的收入份额。
3. 资源优化：根据需求和使用情况，企业可以高效地分配网络资源，以支持各种物联网应用。这种优化方式能够降低成本，并提高网络的整体性能。
4. 快速进入市场：企业可以轻松快速地引入创新的物联网应用，而无需建设新的物理基础设施。
5. 提升客户体验：通过提供符合每个物联网应用独特需求的定制化和可靠的连接服务，企业能够提升客户的体验。
6. 可扩展性与适应性：网络切片可以根据需要进行动态创建、调整或删除。这种可扩展性使得网络能够适应不断变化的流量模式以及新的应用程序需求，而无需对基础设施进行大规模的改造。
7. 与边缘计算的整合：网络切片利用边缘计算技术，在应用程序所在位置或网络的边缘处处理数据。这种方法对于那些需要低延迟的应用程序来说非常有益。
8. 物联网已经被消费者广泛采用。这就是网络切片技术的独特特性：不同的网络切片之间存在着安全的隔离。仅在这些切片之间，就存在逻辑上的隔离，因此，他人无法未经许可进入另一个切片。这进一步提升了关键物联网应用的安全性。

结论

5G网络的基础是构建网络切片技术的关键。这种技术能够创建出几乎完全独立的网络，这些网络专为不同的行业而设计。随着物联网应用数量的不断增加，网络切片的概念被视为满足未来物联网服务需求的重要工具。随着5G技术的不断发展，预计会有更多的企业利用这一强大的网络切片技术来推动创新和发展，从而在竞争激烈的市场中取得优势。