5G网络切片关键技术综述与应用展望
摘要：5G网络切片关键技术的不断发展将促进各行各业的数字化转型和创新。通过个性化、灵活和高效的网络服务，切片将为各种应用场景带来更好的连接和体验。
关键词：5G网络切片；关键技术；应用展望
引言
近年来，网络服务需求方面与供给方面的矛盾推动着5G网络的不断发展。作为5G网络的关键革新部分，网络切片凭借其在垂直行业定制、QoS保证、隔离性、可靠性、灵活性、可编程性等方面的潜在优势，获得了巨大的发展前景。
15G技术概述
5G技术是在4G技术的基础上演进而来的新一代通信技术，与4G技术相比，5G技术整体性能得到了极大的提高，发挥出了十分显著的价值。5G网络包括两个部分：无线接入网络（RAN）和核心网络（CN），RAN负责与用户设备进行无线通信；CN负责处理用户数据、控
制信令和支持其他服务[1]。就实际使用情况来看，5G技术具备以下几点优势：①上传和下载速率更快，能够支持更多的设备同时在线；②延迟更低，这意味着它可以实现实时的应用程序；③具备更大的宽带，5G无线通信系统拥有更大的宽带，意味着它能支持更大量的数据传输和更高的数据传输密度；④网络可靠性和网络安全性都得到了极大的提升，5G技术的这些优势使得其成为了更加高效、快速、安全、可靠的通信技术，从而更好地满足当前社会发展的切实需求。
基于5G技术的各种优点，它不仅在移动通信领域扮演重要角，同时也在各行各业得到了广泛的应用。然而随着技术和设备的不断更新进步，给5G网络安全带来了许多隐患。因此，我们需要对其进行有针对性分析和全方位的把关，以便最大限度地提高5G网络的应用价值，消除用户的担忧。
2网络切技术定义与特征
立足于不同的角度，各大标准开发组织均对网络切片进行了定义。例如，基于切片与基础设施之间的关系，NGMN将网络切片定义为运行在公共通信网络基础设施之上，并且可进行独立业务操作的虚拟网络。着眼于网络切片的技术实现，ITU将网络切片定义为网络软件化条
件下的逻辑隔离网络分区，它需要包含有提供业务支撑的虚拟资源、可编程的数据和控制平面。从市场运营的角度，3GPP将网络切片定义为一种运营商赋能技术，它使得运营商能够针对特定市场场景的不同需求为租户提供优化的网络解决方案。虽然各个标准化组织给出的切片定义不尽相同，但对其所应具有的功能特性却有着基本相
似的要求，主要包含以下几个方面。
1）定制化要求。网络切片需要向租户提供定制的网络功能、网络资源乃至数据转发机制，以满足不同切片租户在可用性、时延、时延抖动、吞吐量、丢包率等方面的多样化服务需求。
2）隔离性要求。共存于公共网络基础设施的多个切片能够独立运行且彼此之间不产生操作和性能的相互干扰，这就要求网络切片在逻辑上是相对独立的，同时也意味着切片需要拥有相对独立的计算、存储和网络资源。
负载均衡应用场景3）可靠性要求。切片的可靠性指在综合考虑物理网络元件故障发生概率的情况下，切片服务能够正常交付的概率。为了对于一些可靠性要求较高的服务，网络切片需要通过故障检测、节点/链路备份、多路径传输等机制来确保服务的可靠性得到满足。
35G网络切片关键技术分析
3.1基于SDN的5G切片方案
传统的传输网络中由专门的路由器和交换机来实现数据转发和网络控制，路由器根据路由表来进行数据转发，定义QoS（QualityofService，服务质量）级别来进行网络质量控制。各个路由转发节点各自为政，独立工作。而在SDN（SoftwareDefinedNetwork，软件定义网络）中，将控制功能和转发功能分离，即在网络基础设施层用户和网络应用层中引入了一个控制层，用来统一指挥数据转发。SDN的控制层将网络资源统一管理、控制和虚拟化后，网络层设备仅负责转发流量和实施策略，采用标准化的接口为控制层应用提供按需的网络资源和服务，从而实现网络能力的开放和按需提供。
5G对网络切片基于SDN技术进行了全面的设计，可以对各类资源及QoS进行管理，构成一个端到端的逻辑网络，涵盖所有网段，包括核心网、无线网、传输网，按切片需求方的需求灵活地提供一种或多种网络服务。
3.2基于机器学习和深度学习的5G切片方案
为了优化5G切片网络中负载均衡问题，可基于机器学习构建网络分片框架，其中每个逻辑片被划分为一个虚拟化的资源子片。每个子片根据需要为应用程序系统提供不同优先级的资源。一个子片专注于频谱效率，而另一个子片专注于提供低延迟和降低功耗。可以支持向量机（SVM）算法，通过特征选择来识别不同的连接设备应用需求。而K-means算法可用于为类似的应用程序服务类型分组（例如基于应用程序的服务、基于平台的服务和基于基础设施的服务）创建子片集。
基于此，我们可以在机器学习相关算法的帮助下，考虑上述因素的影响，对5G网络进行基于机器学习的子切片，以提高网络资源利用的效率。
3.3基于NFV的5G切片方案
基于NFV的5G切片方案可以为不同垂直行业提供个性化的网络服务，实现资源的灵活配置和管理。它为运营商提供了更高的灵活性和可扩展性，以满足不同行业的需求，并为新兴的5G应用场景带来更多的创新机会。
为了实现网络切片，NFV（NetworkFunctionVirtualization，网络功能虚拟化）是先决条件。
NFV根据业务需求，部署不同功能模块，生成多个平行的相互隔离的逻辑专网。运营商构建一个NFV平台，用于在通用服务器上虚拟化网络功能，如核心网、边缘计算、传输等。这样可以将网络功能从专用硬件中解耦，提高资源的利用率和灵活性。当一个切片需要更多的资源时，可以动态地进行资源分配，以满足业务的增长。借助NFV，虚拟机可以提供路由、负载均衡和防火墙等网络功能。
4、5G网络切片未来展望
5G可以满足eMBB、URLLC和mMTC等多种场景下的业务体验要求，由此也将产生很多差异化的业务。因此，5G网络切片是实现个性化、灵活和高效网络服务的关键技术之一。它允许将网络资源按需分配给不同的垂直行业和应用场景，为各种业务提供定制化的网络支持。灵活资源分配：通过网络功能虚拟化和资源编排，5G网络切片可以实现资源的灵活分配和动态调整。这样可以提高网络资源的利用率和效率，满足不同切片的实时需求。
5G网络切片可以充分适配SDN/NFV基础设施，实现由业务需求到网络资源的灵活匹配，从而以网络切片的形式满足未来5G网络中不同垂直行业特定的功能要求。此外，5G网络切片也可借助机器学习、人工智能（AI）和自动化技术的应用，进一步改进5G网络切片的管理和
优化能力，实现更智能的切片资源分配和网络配置，并提供快速、可靠的网络服务交付，提高切片的响应时间和效率。
随着5G网络的部署和发展，预计将出现更多的切片应用场景，涵盖诸如智能交通、工业自动化、远程医疗等多个垂直行业。除了网络切片，未来的发展可能会引入端到端切片的概念。这意味着不仅网络基础设施被切片，而且整个服务链路，包括终端设备、边缘计算和云平台等，都可以根据需求进行切片，实现更全面和一体化的切片服务。
结束语
网络切片技术是5G区别2G/3G/4G的主要功能之一。5G网络切片提供了一种比较灵活的机制，使得运营商可以充分利用网络资源来为各种不同的应用提供差异化服务，是一种比较理想的5G行业专网部署方式，具有较好的发展前景。
参考文献
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