即將到來的5G無疑是一場重大的機遇與挑戰，5G網絡規模和市場潛力龐大，據IHS Markit報告顯示：到2035年，5G將在全球創造12.3萬億美元經濟產出，這幾乎相當于所有美國消費者在2016年的全部支出，并超過了2016年中國、日本、德國、英國和法國的消費支出總和。提到5G就不得不提起網絡切片，作為5G中被廣泛討論的技術，網絡切片對于5G的意義巨大，相關專業人士認為網絡切片是5G核心所在。
那么，何為網絡切片？網絡切片有何優勢？網絡切片如何在5G中應用？網絡切片標準進展如何？網絡切片面臨什么挑戰？網絡切片的參與主體有哪些呢？本文將帶您深入了解。
1.網絡切片概念及優勢
什么是網絡切片？
網絡切片的概念一直都沒有一個統一的官方定義，下面羅列了幾個運營商和標準組織在白皮書中談到的網絡切片概念。
網絡切片使網絡元件和功能可以在每個網絡片中輕松配置和重用，以滿足特定要求。網絡切片的實現被認為是包括核心網絡和RAN的端到端功能。每個片都可以擁有自己的網絡架構，工程機制和網絡配置。（5G Americas）
網絡切片架構，圖源5g-Americas網絡切片白皮書
網絡切片是一種端到端的概念，涵蓋所有網段，包括無線網絡、有線接入、核心、傳輸和邊緣網絡。它支持在公共基礎設施平臺上并發部署多個端到端邏輯、自包含和獨立的共享或分區網絡。（5GPPP）
網絡切片是SDN/NFV技術應用于5G網絡的關鍵服務，一個網絡切片將構成一個端到端的邏輯網絡，按切片需求方的需求靈活地提供一種或多種網絡服務。（中國聯通）
5G網絡切片整體架構，圖源中國聯通《5G網絡切片》白皮書
網絡切片是端到端的邏輯子網，涉及核心網絡（控制平面和用戶平面）、無線接入網、IP承載網和傳送網，需要多領域的協同配合。（中國電信）
網絡切片的優勢
網絡切片使網絡運營商可以選擇每個切片所需的特性，例如更少的延遲、更高的吞吐量、連接密度、頻譜效率、流量容量和網絡效率。這有助于提高創建產品和服務方面的效率，并改善客戶體驗。
網絡切片的每個片是隔離的，并且包括設備、訪問、傳輸和核心網絡，從而提高可靠性和安全性。此外，無需考慮網絡其余部分的影響就可以對切片進行更改和添加，這樣可以節省時間、精力和成本，因為單個切片的更改無需重新設計整個網絡。
網絡切片可以實現更好的成本效益。網絡正逐漸將不必要的功能移除，并且在需要的地方添加新技術。網絡切片結合了可以劃分、共享和優化資源的通用底層基礎設施，對資源的使用更具成本效益，并有助于降低總體成本。
網絡切片能夠使IT以更低的成本實現更多目標，可以創建單獨的時間表、服務和定價，并仍然保留共同基礎設施的好處。網絡運營商可以變得更靈活，從而提供更好的用戶體驗。
2.網絡切片在5G中的應用
在5G的情況下，單個物理網絡將被分成多個虛擬網絡，這些網絡可以支持不同的無線接入網絡（RAN），或者在單個RAN上運行的不同服務類型。可以設想，網絡切片將主要用于劃分核心網絡，但也可以在RAN中實現。
由于5G將支持多種用例和新服務，因此網絡切片有望在5G網絡中發揮關鍵作用。這些新的用例和服務將在功能方面對網絡提出不同的要求，并且它們的性能要求會有很大差異。
虛擬現實VR：作為公認的5G未來殺手級應用之一，VR在近幾年一直是業界的熱點話題。VR的異地交互需要數據連接具備低延時、高吞吐量兩大特性。通過5G網絡切片，可以實現超低時延的VR 4K直播，還可以實現VR直播互動的在線購買等功能。
增強現實AR：當前主流的AR游戲包括基于實時地圖定位以及AR的多樣化場景，融合現實與游戲場景，為人們帶來極致的沉浸式業務體驗。網絡時延以及帶寬成為流暢游戲的決定性因素，需要端到端的服務質量保障。網絡切片是5G業務的關鍵使能技術，并帶來切片即服務的創新理念，通過網絡切片和手機終端切片資源，可以保障AR游戲流暢所需的低時延、高帶寬。
自動駕駛汽車：依賴于V2X通信，這需要低延遲但不一定需要高吞吐量。在汽車行駛時觀看的媒體服務需要高吞吐量并且容易受到延遲的影響。兩者都可以通過虛擬網絡切片上的相同公共物理網絡傳送，以優化物理網絡的使用。
無人機：5G無人機控制網絡切片，在網絡邊緣采取了AI技術，使得位于切片中的所有無人機都相互獨立、安全，具備及時響應不斷變化的環境的能力。無人機所需的連接密度很低，但要求網絡具備廣域覆蓋和低時延。
智能電網：用5G網絡切片來承載電網業務是一種新的嘗試，將運營商的網絡資源以相互隔離的邏輯網絡切片，按需提供給電網公司使用，可以應用在智能電網用電信息采集、分布式電源、電動汽車充電樁控制、精準負荷控制等關鍵業務中，滿足電網不同業務對通信網絡能力的差異化需求。同時兼顧高性能、高可靠、隔離和低成本，成為智能配電網的有效解決方案。
從虛擬現實、增強現實、4K/8K超高清視頻，到自動駕駛、車聯網、遠程醫療、智能交通及無人機，再到物流倉儲，工業自動化，作為信息化的基礎設置，5G將提供適配不同領域需求的網絡連接特性，推動各行業的能力提升及轉型。
3.標準組織對切片的研究
網絡切片在各個領域都發揮了重大的作用，由于切片之間相互隔離，一個切片的錯誤或故障不會影響到其他切片的通信。5GPPP、3GPP、NGMN等不同標準組織均對網絡切片展開了相關研究。
歐盟Horizon 2020：Horizon 2020是有史以來最大的歐盟研究和創新計劃，它在2017年10月發布了“5G端到端設施”的主題。目標是通過5G PPP定義的代表性網絡試驗驗證5G網絡KPI，為垂直用例準備一個廣泛的驗證平臺。5G端到端網絡設施包括了端到端虛擬化和切片作為支持垂直用例的關鍵組件。
5GPPP：5G PPP是歐盟委員會與歐洲ICT行業（ICT制造商、電信運營商、服務提供商、中小企業和研究機構）之間的聯合舉措。5G PPP將為未來十年的下一代通信基礎設施提供解決方案、架構、技術和標準。5GPPP發布的SliceNet項目和5G-Transformer就包含網絡切片。
SliceNet將基于先進的軟件網絡和認知網絡管理，最大限度地發揮5G基礎設施及其服務的潛力，實現跨SDN/NFV的5G網絡中多個運營商域的基礎設施共享。該項目旨在通過高度創新的切片配置，控制，管理和編排框架實現真正的端到端切片，面向垂直的QoE。
5G-Transformer旨在將當今的移動傳輸網絡轉變為基于SDN/NFV的移動傳輸和計算平臺（MTP），通過配置和管理針對特定需求定制的MTP片段，將“網絡分片”范例引入移動傳輸網絡和垂直行業。
3GPP：從2015年開始，3GPP啟動了5G相關的標準研究和制定工作，并計劃在R14~R16 3個大版本中完成相關標準的制定，網絡切片作為5G的重要技術，得到了3GPP的高度重視。SA1的場景研究、SA2的框架制定和SA5的網絡管理均對網絡切片制定了專門的課題。
5G Americas：5G Americas是行業貿易協會，也是5G和LTE的代言人，2016年12月5G Americas發布了一份名為“網絡切片5G網絡和服務”的技術白皮書，詳細介紹了與5G技術相關的網絡切片實施，探索了端到端的5G系統框架，并討論了網絡切片在空中接口技術中的應用。5G Americas總裁Chris Pearson表示網絡切片將在優化5G網絡方面發揮重要作用。
NGMN：NGMN在5G白皮書里介紹了網絡切片的概念，認為該技術可以基于業務的需求來靈活地選擇用戶面、控制面以及無線側的模塊和資源，可以優化網絡資源分配，實現最大成本效率，滿足多元5G新業務的需求。
GSMA：GSMA是移動運營商廣泛參與的組織，非常重視網絡切片的相關研究及工業化應用。2017年GSMA專門成立了NEST項目組從事支持車輛應用的網絡切片相關研究，該工作組從2017年3月開始相關的研究工作，預計一年時間內深化完成5G移動網絡如何更好地服務于車輛工業相關應用的研究并形成可供汽車工業參考的切片文檔。
4.網絡切片挑戰
網絡切片是5G網絡實現的基礎之一，但要實現5G網絡也面臨著諸多的障礙。由于5G網絡提供無線連接，RAN需要重新設計以啟用網絡切片。此外，盡管幾乎每個人都意識到網絡切片在5G中發揮重要的作用，但是如何最佳實踐5G切片還缺乏行業共同認知。有關如何將網絡切片技術與SDN和NFV結合起來以實現無線設備與物理控制器之間的點對點的連接也有待商榷。且這種技術的孤立性可能會組織網絡層面的干擾，但這仍然很難通過豐富的網絡層面來實現。為了確保網絡切片可以與其他5G技術協同工作，將需要實現網絡切片與其他技術的互操作性工作。
中國聯通網絡技術研究院發布的《中國聯通5G網絡切片白皮書》指出為通過網絡切片實現眾多垂直領域業務，網絡還需要實現按需的網絡能力，和靈活的運行和管理兩個方面的挑戰。按需的網絡能力，一個網絡切片將構成一個端到端的邏輯網絡，按切片需求方的需求靈活地提供一種或多種網絡服務。網絡切片需要支持運營商，對時延，移動性，可用性，可靠性和數據速率等網絡性能差異定制。需要支持針對公共安全，公司客戶，漫游用戶或托管MVNO等特定用戶提供隔離，并對優先級、計費、策略控制、安全性和移動性等進行功能差異定制。切片管理功能有機串聯商務運營，虛擬化資源平臺和網管嗎系統，為不同切片需求方（如垂直行業用戶、虛擬運營商和企業用戶等）提供安全隔離，高度自由的使用邏輯網絡。
歐盟5GPPP（5G公私合資合作研發機構）發布5G白皮書“View on 5G Architecture”《對5G架構的觀點》對網絡切片生命周期管理提出了需要面對的挑戰。 網絡切片使運營商能夠在給定時間創建邏輯分區網絡，以便為不同的市場場景提供優化服務。這些場景在服務特性，所需的網絡資源，性能，隔離，彈性和QoS問題方面需要不同的要求。僅在給定時間使用必要的網絡功能和網絡資源創建網絡切片。從一整套資源和網絡/虛擬網絡功能中收集，并根據特定服務和目的進行編排。
為了實現網絡切片功能，顯然需要基于以下架構原則來查看網絡切片解決方案的完整生命周期管理特性：
治理原則：所有網絡的邏輯集中管理機構域中的切片。
分離原則：切片可以彼此獨立，并且彼此之間具有適當的隔離度。
功能可見原則：允許每個切片在由運營商設定的限制內通過專用接口和/或API向第三方呈現關于切片提供的服務信息（例如，連接信息，移動性和自主性）。
網絡切片生命周期，圖源5GPPP 5G架構白皮書
為了在5G網絡環境中尋求具有相關特征的上述原則的解決方案，網絡切片需要具有以下特性和面對如下挑戰
網絡切片功能：
保證每一個數據/控制/管理/服務層的隔離，為安全、安全和高效的多租戶提供支持。
NS啟用方法需滿足不同服務要求，保證切片內服務的端到端QoS。
遞歸，即NS分段的方法，允許具有父子關系的切片層次結構。
管理切片靈活性和效率之間權衡的方法和策略。
資源和網絡功能優化，即自動選擇網絡資源和功能的方法。
在單一或多域環境中監控NS的狀態和行為，監測NS互連。
網絡切片的可編程性和控制。
網絡切片操作
切片管理包括每個網絡切片模型的創建，激活/停用，保護，彈性，可擴展性，安全性，大小調整和可擴展性，用于無線網絡和有線接入，核心，傳輸和邊緣網絡中的切片。
自主切片管理和操作，即自我配置，自組合，自我監控，自我優化，切片的自彈性，將作為切片協議的一部分得到支持。
通過具有用于切片的有效組合、分解的因素和方法來進行切片縫合、組合：垂直（通過服務+管理+控制平面）；水平（在不同的域之間作為訪問，核心，邊緣段的一部分）；或垂直+水平的組合。
切片的端到端網絡段編排。
服務映射 - 將服務動態自動映射到網絡切片。
用于集成上述功能和操作的高效促成因素和方法。
網絡切片編排與自動化是關鍵。編排就像樂隊指揮官，他利用NFVI（網絡功能虛擬化基礎設施）里的資源（樂器）形成VNF功能（樂聲），并將不同的樂聲組織，變成一曲曲美妙的音樂。
值得一提的是，由于網絡功能虛擬化并不是一蹴而就的事，它可能需要幾年的時間，在這期間，網絡內的物理網絡功能和虛擬網絡功能將共存，甚至有些物理功能永遠不會虛擬化，這是一個混合的網絡。所以，一個包含了物理域和虛擬域的網絡編排是NFV轉型能否成功的關鍵。
5G網絡切片參與主體及行業進展
像KT、SK Telecom、China Mobile、DT、KDDI、NTT等網絡運營商，以及Ericsson、Nokia 、Huawei 等設備商都認為網絡切片是5G時代的理想網絡架構。
中國移動在2017年MWC展會上，聯合華為、德國電信、大眾集團發布了《服務可保證的5G網絡切片白皮書》。為了加速5G應用的商業化進程，中國移動聯合華為等廠家一直在積極開展網絡切片的研究及驗證，并在商業模式方面不斷的探索。在2018世界移動大會·上海期間，中國移動、華為和蘭亭數字聯合演示業界首個基于5G網絡切片技術的VR直播互動業務，讓展會嘉賓現場感受沉浸式的直播體驗。中國移動爭取在2020年5G全面商用時實現網絡的切片化，并實現端到端的網絡能力。此外，中國移動還通過工信部國家重大專項、國家發改委5G應用示范項目，與產業鏈各方合作設立5G聯合創新中心、5G多媒體創新聯盟（5MII）等，積極開展服務于交通、媒體、娛樂、電力等多行業場景的網絡切片應用試驗。
中國聯通計劃三階段推進5G。2016年-2017年，戰略與架構制定階段，聯通發布5G需求白皮書、網絡架構白皮書、技術演進白皮書。中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院2018年6月發布《中國聯通5G網絡切片白皮書》。2018年4月20日中國聯通網絡技術研究院與華為正式簽署了“5G網絡切片聯合創新合作協議”。雙方通過切片創新合作項目，將共同開展5G網絡切片技術研究、示范和應用，為中國聯通5G網絡切片業務和應用制定關鍵技術和解決方案，并共同推進產業鏈發展，把切片應用到更多垂直行業市場，如VR/AR游戲應用、工業控制、車聯網、IoT等。
愛立信自2014年9月以來一直致力于與日本的NTT DOCOMO進行網絡切片，也許取得了最大進展。2016年6月，兩家公司成功證明了5G核心網絡動態網絡切片技術的概念。他們根據延遲，安全性或容量等要求創建了切片管理功能和網絡切片。Docomo設計了網絡切片創建和選擇功能，而愛立信則開發了網絡切片生命周期和服務管理技術。2015年7月，愛立信與韓國SK電訊同意開發和部署針對5G服務優化的網絡切片技術，并繼續保持現有的合作伙伴關系。同年10月，兩家公司展示了針對服務優化的虛擬網絡切片的創建，包括超級多視圖和增強現實/虛擬現實，大規模物聯網產品和企業解決方案。
華為在2016年11月，和Deutsche Telekom（英國T-Mobile的最終母公司）展示了他們所宣稱的全球首個5G端到端自主網絡切片。該演示展示了如何在共享的RAN，核心和傳輸網絡上自動并以優化的方式創建不同的網絡片。
盡管仍處于研究階段，但2017年網絡切片活動仍在增加。愛立信和華為繼續開展活動，諾基亞和中興通訊在供應商方面宣布了新的研究，以及5GPPP的NORMA和MoNArch項目。更多運營商也加入了競爭，包括英國運營商。
英國電信于2016年12月與華為簽署了5G合作協議，并于2017年2月宣布他們的第一個研究領域將研究如何利用網絡切片來支持5G網絡上提供的服務。英國電信還與HPE，電信基礎設施項目（TIP）E2E網絡切片項目組共同主持，該項目于2017年11月啟動，旨在識別，開發，演示和試用網絡切片的用例。
沃達豐英國公司授予愛立信改善其4G網絡的合同，并于2017年6月為5G做好準備。他們還簽署了一份涵蓋多個合作領域的諒解備忘錄，包括分布式云和網絡切片概念驗證。沃達豐還于2017年11月加入了TIP，盡管其活動以軟件定義的RAN為中心。
網絡切片已發布的白皮書
2016年6月1日，在第一屆全球5G大會上，IMT-2020(5G)推進組正式發布了《5G網絡架構設計》白皮書。
白皮書提煉了網絡切片、移動邊緣計算、按需網絡重構、以用戶為中心的無線接入網和能力開放等5G網絡重要的創新技術，并給出5G網絡架構和技術標準化推進建議。網絡切片是網絡功能虛擬化應用于5G階段的關鍵特征，一個網絡切片將構成一個端到端的邏輯網絡。網絡切片架構主要分為切片管理和切片選擇。切片管理主要分三個階段商務設計階段，實例編排階段和運行管理階段。切片選擇功能主要實現用戶終端與網絡切片之間的接入映射，切片選擇功能綜合業務的簽約和功能特性等多種因素，為用戶端提供合適的切片接入選擇。
2017年9月，愛立信，華為和諾基亞共同發布了《面向垂直行業的5G網絡切片白皮書》，該白皮書的核心觀點在于：全球的運營商，設備商以及垂直行業的合作伙伴應該在5G網絡切片的應用場景、核心技術以及標準協同上共同合作。并分析從不同垂直行業的需求出發，闡述了各個行業對5G真正的需求，并將其映射為5G網絡關鍵指標，進而探討如何滿足垂直行業客戶服務等級協定、為其提供高效的網絡服務，以推進行業數字化轉型
在巴塞羅那舉行的2017年世界移動大會上,中國移動、華為、德電、大眾聯合發布了服務可保證的5G網絡切片白皮書，承載了業界領先的運營商與設備商在5G時代通過切片技術使能新的移動網絡商業模式的愿景，也為當前的移動網絡向5G全面云化的網絡時代演進進行了洞察與展望。該白皮書從行業發展的趨勢，服務可保證的網絡切片的概念及愿景，網絡切片端到端的實現架構及關鍵技術以及應用實例等角度出發，呈現了業界領先的5G網絡切片技術觀點與趨勢。
中國移動、華為等聯合5G網絡切片白皮書鏈接：
https://pan.baidu.com/s/1YITJo5_0dYIHL0_5cZ6smw
2018年6月27日，中國聯通網絡技術研究院發布《中國聯通5G網絡切片白皮書》，該白皮書中主要就5G網絡切片闡明了5G網絡切片未來面臨的挑戰，對5G網絡切片關鍵技術要求給出了解決方案。并分析了5G網絡切片對未來商業形態的重構和影響。《中國聯通5G網絡切片白皮書》中還指出未來5G網絡切片使用的場景。
中國聯通5G網絡切片白皮書鏈接：
https://pan.baidu.com/s/1HZZLZlyCmD10T2kUqsoglw
2018年2月，由諾基亞和中興共同發布的5G網絡切片白皮書中指出，5G網絡系統可以按需構建網絡片，以滿足不同的業務需求。 網絡切片使運營商能夠為用戶創建定制網絡，以針對不同的市場場景提供優化的解決方案，例如， 在功能，性能和隔離方面。 對于每個場景，5G網絡可以提供適當的網絡功能，以實現按需構建網絡的目標。 多個5G切片可以在同一基礎架構上同時運行。
GTI 5G網絡切片白皮書鏈接：
https://pan.baidu.com/s/12srTz-2Ny5Jh8iSL2SPoUg
在2016年，美洲公布的5G網絡切片白皮書中旨在描述網絡切片的概念，探索端到端的5G系統框架，以構建定制的網絡切片。并討論網絡切片在空中接口技術中的應用。該白皮書首先對5G及端到端網絡切片的遠程技術路線圖和解決方案進行了討論和開發。此外，還介紹了網絡切片的作用和基本5G要求以及對運營商的好處。
5g-Americas網絡切片白皮書鏈接：
https://pan.baidu.com/s/1dnvA0llOMsn7Jnd92ON1iQ
在2017年由 Affirmed Networks 公司公布的4G和5G網絡白皮書中，他們認為網絡切片概念對于尋求跨不同工業部門擴展業務活動的運營商而言至關重要。讓網絡連接成為企業流程結構的一部分，運營商可以實現客戶群的多樣化，大規模化，可持續地增加收入。他們建議在5G實施之前，運營商必須在當今4G基礎設施上開發并細分市場。現在運營商現在需要切片，為了填補這一空白，Affirmed提供虛擬切片選擇功能（vSSF），它支持傳統網絡中的網絡切片，并在虛擬化，多供應商網絡環境中工作。vSSF工具取代了APN（接入點名稱），它提供了一定程度的流量分段，盡管這是一個耗時的手動過程。
Affirmed Networks 4G和5G網絡白皮書鏈接：
https://pan.baidu.com/s/1H5WnmFf2Bd-uk8BZrp_o5A
2016年6月，歐盟5GPPP（5G公私合資合作研發機構）發布5G白皮書“View on 5G Architecture”《對5G架構的觀點》指出了為何需要打造全新的5G總體架構。歐盟5GPPP認為，一種全新的5G網絡總體架構，應能通過部署網絡切片技術（以高成本效率的方式）、支持原生的（網絡）軟件化、集成/整合通信與計算、集成/整合各種異構的接入技術（包括固網接入技術與無線網接入技術），來滿足諸多潛在應用場景（自動駕駛、機器人遠程控制、觸覺應用等）對于5G網絡的需求（相關需求的差異將會很大，這就是5G所面臨的最大挑戰，從而就需要增強5G架構的靈活性）。
5GPPP 5G架構白皮書鏈接：
https://pan.baidu.com/s/1EKu9qNIgWn9QskoIMPU68A
