Network Slicing for 5G Networks by Leveraging SDN- Balaji Ethirajulu
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如果說4G網路是一把刀，足可削鐵如泥、吹毛斷發。那麼，5G網路就是一把瑞士刀，靈活方便、多功能用途。
4G網路主要為智慧手機而生。進入5G時代，我們將面臨「下一件大事（the next big thing）」 — 物聯網。無物不聯的時代，將有大量的設備接入網路，這些設備分屬不同的工業領域，它們具有不同的特點和需求。
換句話說，它們對於網路的行動性、安全性、時延、可靠性，甚至是計費方式的需求是不同的。所以，5G網路必須得像瑞士刀一樣，靈活方便且具有多功能性。
舉兩個例子。
用於森林防火的物聯網應用中，分布於森林的大量傳測器檢測溫度、濕度和降水，它們是靜止不動的，它們並不需要像智慧手機一樣需要切換、位置更新等移動性管理。一份NOKIA的報告顯示，預計5G網路中有70%的設備，是靜止不動的，而行動用戶僅佔30%。
當5G應用於無人駕駛、遠端機器人控制等領域中，則要求超低的端到端時延，這個時延比智慧手機無線上網的時延要低得多，通常不能超過幾毫秒。
所以，面向不同的應用領域，5G網路得像瑞士刀一樣。怎麼辦？當全世界都在談5G的時候，通信業界裡談論得最多的是 —— 5G網路切片技術（Network Slicing）。網路切片，已成為韓國KT、SK電信，日本KDDI 和NTT，以及愛立信、諾基亞、華為、中國移動等設備商，公認的最理想的5G網路構架。
什麼是網路切片？最簡單的理解，就是將一個物理網路，切割成多個虛擬的端到端的網路，每個虛擬網路之間，包括網路內的設備、接入、傳輸和核心網，是邏輯獨立的，任何一個虛擬網路發生故障，都不會影響到其它虛擬網路。
每個虛擬網路就像是瑞士刀上的鉗子、鋸子一樣，具備不同的功能特點，面向不同的需求和服務。
或者可以這麼說，就像你安裝電腦的時候，將你的物理硬碟分區，劃分成C盤、D盤、E盤…
為了進一步瞭解5G網路切片，我們先將5G網路的應用場景劃分為三類：行動寬頻、海量物聯網（Massive IoT）和任務關鍵性物聯網（Mission-critical IoT）。
如上表所示，5G網路的三類應用場景的服務需求是不一樣的：
1）行動寬頻
5G時代將面向4K/8K超高清影像、全像技術、增強現實/虛擬現實等應用，行動寬頻的主要需求，是更高的數據容量。
2）海量物聯網
海量感測器部署於測量、建築、農業、物流、智慧城市、家庭等領域，這些感測器設備是非常密集的，大部分是靜止的。
3）任務關鍵性物聯網
任務關鍵性物聯網主要應用於無人駕駛、自動工廠、智慧電網等領域，主要需求是超低時延和高可靠性。
4G網路主要服務於人，連接網路的主要設備是智慧手機，不需要網路切片，以面向不同的應用場景。
5G時代，不同領域的不同設備大量接入網路，網路將面向三類應用場景：行動寬頻、海量物聯網和任務關鍵性物聯網。
如何網路切片呢？我們並不需要為每一類應用場景，建構一個網路，所以，它不是這樣的...
我們要做的是，將一個物理網路，分成多個虛擬的邏輯網路，每一個虛擬網路對應不同的應用場景，這就叫網路切片。
5G白皮書裡，關於網路切片的架構是這樣的：
我們將如何完成端到端的網路切片呢？上面的內容太抽象，在實際的網路部署中我們是怎麼做的呢？
1）5G無線接入網和核心網：NFV
目前4G網路中主要終端設備是手機，網路中的無線接入網部分（包括數位單元（DU）和射頻單元（RU））和核心網部分都採用設備商提供的專用設備。
如下圖：
為了實現網路切片，網路功能虛擬化（NFV，Network Function Virtualization）是先決條件。本質上講，所謂NFV，就是將網路中的專用設備的軟硬體功能（比如核心網中的MME, S/P-GW和PCRF，無線接入網中的數位單元DU等），轉移到虛擬主機（VMs，Virtual Machines）上。
這些虛擬主機是基於行業標準的商用伺服器，它們是COTS商用現成產品，低成本且安裝簡便。 簡單的說，就是用基於行業標準的伺服器、儲存和網路設備，來取代網路中的專用的網元設備。
網路經過功能虛擬化後，無線接入網部分叫邊緣雲（Edge Cloud），而核心網部分叫核心雲（Core Cloud）。邊緣雲中的VMs和核心雲中的VMs，透過SDN（軟體定義網路）互聯互通。
這樣，網路採用NFV和SDN後，執行切片就非常容易了，像切麵包一樣水平將網路「切」成多個虛擬子網路（片）就可以了。
如上圖所示，針對不同的應用場景，網路被「切」成4「片」：
高清影像切片：原來網路中數位單元（DU），和部分核心網功能被虛擬化後，加上儲存伺服器，統一放入邊緣雲。而部分被虛擬化的核心網功能，放入核心雲。
手機切片：原網路無線接入部分的數位單元（DU）被虛擬化後，放入邊緣雲。而原網路的核心網功能，包括IMS，被虛擬化後放入核心雲。
海量物聯網切片：由於大部分感測器都是靜止不動的，並不需要行動性管理，在這一切片裡，核心雲的任務，相對輕鬆簡單。
任務關鍵性物聯網切片：由於對時延要求很高，為了最小化端到端時延，原網路的核心網功能和相關伺服器，均下沈到邊緣雲。
網路結構是這樣的：
當然，網路切片技術，並不僅限於這幾類切片，它是靈活的，營運商可以隨心所欲的，根據應用場景客製化自己的虛擬網路。
2）邊緣雲與核心雲的連接： IP/MPLS-SDN
5G切片網路透過SDN，連接邊緣雲和核心雲裡的VMs。核心雲裡有虛擬化的伺服器，伺服器的Hypervisor裡，運行著內置的vRouter/vSwitch，SDN控制器負責在虛擬伺服器，與DC G/W路由器之間，創建SDN tunnels，隨後，SDN控制器執行SDN tunnels，和MPLS L3 VPN之間的映射，從而建立核心雲與邊緣雲之間的連接。
3）邊緣雲與基地台射頻單元的網路切片
現在，我們來到前傳部分。如何完成5G 射頻單元（RU）與邊緣雲之間（前傳）部分的切片？首先需要定義5G前傳的標準，目前並沒有統一的標準。下圖是國際電信聯盟（ITU）5G行動通信標準研究小組（Focus Group on IMT-2020）曾提出的一個虛擬化前傳的結構圖，有興趣可以看看：
這就是5G網路切片技術，有了它，5G才會成為無線網路領域鋒利的瑞士刀。
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