5G承载网络切片实现方法及应用

王毅涛

摘要：近年来，第五代移动网络（5G）蓬勃发展，并提出了新的要求，如按需扩容、分片存储等。为了解决这个问题，创建了一个网络部分。本文首先简要介绍了5G的发展状况和网络接口的技术背景，然后分析了5G载波划分基于端口的实现方法的不足，提出了基于隧道的实现方法，实现了对实际物理网络的抽象，降低了对物理资源的绝缘要求。最后，通过5G载波切片的应用案例，介绍了嵌套网络切片的应用場景。

关键词：5G;切片;承载;虚拟网络;隧道

中图分类号：G4 文献标识码：A

引言

中国移动、中国电信和中国联通三大运营商于2019年11月1日正式推出5 G商用套餐。2020年3月，工业和信息化部发布了《关于加快5 G发展的通知》，明确提出，各大运营商要加快5 G网络的建设和部署，并竭尽全力丰富5G技术应用场景。截至2020年12月，中国5 G基站数量达到71万个。5 G网络不仅服务于生活的各个领域，而且能促进传统产业的转型。5 G在新冠肺炎爆发期间起到了重要作用，它改变了用户的习惯，并加快了更多5 G应用的生产。在不远的将来，5 G会给更多的产业带来破坏性的影响，也会产生更多的国家经济产值。

1承载网络切片管控关键技术

传输网切片管理与控制体系结构、模型与切片管理与控制策略是目前标准化研究的重点。3 GPP规范 ts28.530规定了3 GPP控制系统与非3 GPP控制系统之间的协作体系结构，并确定其内容，在3 GPP控制系统、数据中心网络系统和业主网络管理系统之间的交互过程中，包括获取非3 GPP系统能力、切片需求和资源需求信息[1]。和非3 GPP系统交互。在3 GPP网络中，3 GPP管理系统可以把客户需求和客户需求分解成 Ran管理系统，在3 GPP网络中也描述了传输网络功能和相关控制技术[2]。Itu-tsg15q12/q14工作组特别审查了 SDN体系结构的内部功能简化系统，介绍了实现虚拟网络控制功能的新组件（VN），以现有软件定义的网络组件功能（SDN）为基础，分析了新组件与原 SDN控制器组件的关系，并研究了联合国资源在不同控制系统之间的关系及抽象映射策略[3]。

2 5G承载网络切片实现方法

5G承载网络切片实现方法主要有基于端口和基于隧道两种。

2.1基于端口网络切片实现方法

它是通过物理端口、子端口、灵活以太网等端口技术来实现网络切片的。该网络切片包括虚拟节点和虚拟节点之间的连接[4]。四个运营商边缘路由器节点和两个运营商主干路由器节点组成的物理载波网被分别虚拟化成两个不同的虚拟网络。vnet1和vnet2分别代表不同的切片，包括固定线路端口和删除线路端口。可在实验中使用这种方法，不同的切片只能通过物理端口隔离，需要多组物理端口，物理网络不能抽象，所以只能将原始物理网络的完整拓扑呈现给用户[5]。

2.2基于隧道网络切片实现方法

网络的分层实现可以避免上述问题的产生。该方法主要包括三个步骤：首先建立多个虚拟网元，然后通过隧道建立虚拟连接来连接各虚拟网元，最后将虚拟网元与虚拟连接结合起来。

（1）生成一个网元，在一个网元上创建一个网元，也就是一个单一设备主要包含一个虚拟网元和一个虚拟接口，物理节点1分为两个虚拟网元vnod1和vnod2。Vnod1的虚拟用户页端口vuni1和一个虚拟网络页面端口vnni1，其中的vnod2的虚拟用户页端口是vnni2，而虚拟网络页端口是vnni2。

（2）要创建一个虚拟连接，使用隧道在上面的虚拟网络元素之间创建一个虚拟连接。VirtualNetwork是虚拟连接的端点和隧道的端点[6]。按照该隧道所支持的各种载波技术，隧道主要有标记交换隧道、分段路由隧道、柔性隧道、光通道等。

（3）建立网络接口

通过以上步骤形成的虚拟网元和虚拟连接，组成网络接口。通道技术产生的虚拟连接抽象了实际的物理网络和屏蔽中间节点。不了解真实的物理网络结构就知道光盘。

利用隧道技术，在由六个节点N1，N2，N3，N4，N5，N6组成的物理网络上，使用隧道技术来虚拟化vnet1和vnet2切片网络。因为端到端隧道技术屏蔽了节点间，vnet1和vnet2的用户不需要感知到内部节点N2和N5的状态，总之，采用隧道技术可以对网络段进行抽象，减少物理端口资源的隔离要求。

3 5G承载网络切片分层

3.1传统承载网络分层架构

传统运营商网络自上而下分为用户层、业务层和物理网络层。为满足用户的需要，各种服务，如以太网专用线/以太网虚拟线服务、以太网专用 LAN/Ethernet专用 LAN，以太网以太网树和其他直接用于物理网络的服务。该体系结构下，所有业务都有一个物理网络，不能具有逻辑隔离性，为了满足不同5 G业务场景的需要，5 G运营商网络必须对传统运营商网络结构进行分解。

3.2承载网络切片架构

运营商网络接口体系结构与传统运营商网络体系结构相比，在物理层和服务层之间增加了虚拟网络层。一个物理网络被分成虚拟网络：vnet1，vnet2，…， vnetn。这类虚拟网络具有与物理网络类似的特征，可独立创建服务，并具有逻辑上独立的管理、控制和供应面;如果使用基于隧道的方法创建网络段，则在虚拟网络中建立的服务不能感知真实的物理网络结构，并为实现物理层服务与物理层资源的解耦，还可以通过递归切割网络的方法嵌套多层虚拟网络4软件定义的网络控制器，网络切割可通过使用隧道技术的软件定义的网络控制器来实现。这是一种开放的网络创新体系结构，它实现了网络控制和传输层的分离、统一的、集中的控制和灵活的网络资源规划。该系统主要由网络管理系统和网络控制器组成。网络管理系统主要负责 Vnet和物理资源的映射以及 Vnet用户的访问控制。网络控制器属于 Vnet用户所有。该软件仅查看分配给它的 Vnet，负责 Vnet上的业务生命周期控制，以及在 Vnet上创建各种服务。所以，它不需要物理网络层感知。