在 5G 網絡中，同一基礎設施上可能需要同時運行多種應用程序，而這些應用程序的QoS （服務質量）需求不同。網絡切片允許根據特定需求靈活定制專用虛擬網絡。

在本文中，我們將討論網絡切片的整體概念，重點關注 5G RAN（NG-RAN，下一代無線接入網絡）和O-RAN 中的網絡切片。

5G網絡切片

網絡切片使用單個物理基礎設施，允許虛擬化并提供多個邏輯網絡，這些網絡可以滿足不同的需求。

網絡切片是一個邏輯網絡，包括一組網絡功能 (NF)，支持在公共物理基礎設施上部署特定用例的通信服務。這些用例可能涉及具有不同需求的應用程序，例如 V2X（車聯網）、物聯網或 MBB（移動寬帶）。



圖 1. 網絡切片概念（BBU：基帶單元，RF：射頻）

上圖是網絡切片的不同用例。核心云是一個中心位置，通常是具有大計算能力的運營商的區域數據中心。邊緣云靠近網絡邊緣，保證遠距離的云計算資源，減少數據處理的延遲。不同功能的組件組成了不同的虛擬網絡——也就是切片，以支持不同的需求：

1）eMBB（增強型移動寬帶）切片要求為用戶提供高吞吐量，因此在邊緣節點/云上有本地緩存功能，而移動管理、計費、會話和訪問管理放在核心云上；

2）IoT/mMTC（大規模機器類型通信）切片需要為大量靜態設備提供服務，很少發送小型報告。因此部署了一個輕量級核心，沒有移動性管理。除此之外，除 RAN 功能之外的所有內容都集中部署。不需要緩存，延遲要求不嚴格。相反，服務用戶更希望收集分析數據，以集中處理來自大量傳感器的數據；

3）V2X（Vehicular-to-Anything）切片需要非常低的延遲，因此更多的功能被部署在靠近邊緣的地方，以確保較低往返時間，例如移動性或會話管理。同時，一些對延遲不敏感的功能被集中部署。

網絡切片對 NG-RAN 的影響

與切片有關的不僅僅是核心網絡，RAN 也與切片有關，需要通過無線電資源管理 (RRM) 確保資源隔離、可用性和資源的正確選擇。NG-RAN 需要支持不同的切片并進行差異化處理。

每個切片通常都附帶其服務水平協議 (SLA)。RAN需要對切片之間進行資源管理，例如RAN 需要決定如何重新安排擁有的資源。gNB 可以支持多個切片，保證動態資源適應是應用最優資源管理策略的關鍵。切片之間的 SLA 保護是確保資源隔離的一部分，因此當一個切片出現擁塞時，它不會影響另一個切片的 SLA。

下表詳細闡述了網絡切片對 RAN 影響：



表 1. 網絡切片對 NG-RAN 的影響

O-RAN 中的網絡切片

O-RAN概述

O-RAN是虛擬化的RAN解決方案。虛擬化是指在軟件中模擬硬件平臺的能力。所有的功能都從硬件中分離出來，并模擬為虛擬接口，具有與傳統硬件相似的操作能力。3GPP R15引入了CU和DU分離的RAN架構，定義了CU-CP（控制面）和CU-UP（用戶面）之間的E1接口，以及CU與DU之間F1接口。

O-RAN與網絡切片

網絡切片是 O-RAN 的關鍵用例之一，切片內的資源管理和切片間的資源優化是 O-RAN 聯盟的工作重點。挑戰之一是確保切片資源隔離，即一個切片使用的資源與其他切片無關。另一個挑戰是適當地擴展資源以確保特定切片內的 SLA。

圖 2 是O-RAN聯盟定義的切片參考架構。



圖 2. O-RAN 切片參考架構（NSMF：網絡切片管理功能、NSSMF：NSS 管理功能、NFMF：NF 管理功能、NFVO：NFV Orchestrator、VNFM：VNF 管理器）

“切片管理功能”模塊包含典型的 ETSI MANO 類型功能，這些元素放置在 SMO 中，這是進行切片生命周期管理 (LCM)（例如切片的實例化、操作、修改和終止）以及云資源擴展的地方。

Non-RT 和 Near-RT RIC 負責優化各種網絡切片的資源使用，它們配備了切片感知和切片專用的 xApp 和 rApp，通常還配有用于預測行為的ML控制機制。O-CU 和 O-DU 負責提供與切片相關的性能測量 (PM)、切片感知（例如調度）和切片專用（例如流控制）算法的執行，以滿足所請求的 SLA。

以上所有這些都需要 O-RAN 定義的接口，包括 E2 （用于 PM 報告和操作執行）、A1（用于切片相關的策略控制）、ML 模型更新、O1（用于重新配置用于切片目的的節點）、O2（用于云計算平臺的擴展），以及用于各種切片實例化功能的LCM。

下表詳細概述了有關 O-RAN 架構中的網絡切片：



表2. O-RAN及其與網絡切片的關系

O-RAN 切片部署示例

下圖顯示了部署示例選項中兩個切片到 O-RAN 架構的映射。

Near-RT RIC 位于區域云中，虛擬 O-CU 和 O-DU 位于邊緣云，而作為物理功能的 O-RU 位于小區站點。O-RU和O-DU(作為處理單元)對于兩個網絡切片都是通用的。

在這個特定示例中，兩個切片都使用單個 O-CU-CP 實例進行控制，而每個切片都有一個專用的 O-CU-UP 實例。在這種情況下，如果 UE 連接到兩個切片，則存在單個 RRC 連接來管理切換過程和單元分配（通過公共的 O-CU-CP）。屬于不同切片實例的每個服務可以通過單獨的 SDAP/PDCP 堆棧（在專用的 O-CU-UP 內）擁有自己的專用 QoS 處理和單獨的流控制。

Near-RT RIC 負責管理 O-DU 內的資源，以確保 PRB 分配通過通用 xApp 滿足每個切片的 SLA，同時提供切片特定的 xApp 來管理每個切片內的 QoS 流。

圖 3. O-RAN 切片部署示例 ?

總 結

過去移動網絡采用的“一刀切”網絡模式已不再適合如今多變的市場模型，每個用例都有自己獨特的性能要求，“一刀切”的服務交付方法已經過時。未來的網絡需要通過網絡切片技術從“one size fits all”向“one size per service”過渡。網絡切片承諾將“盡力而為”的網絡轉變為提供更高可靠性的網絡，利用單一的物理網絡基礎設施來適應不同且存在差異的服務質量(QoS) 要求。

O-RAN 聯盟工作涉及 RAN 上下文中的切片，Non-RT 和Near-RT RIC 負責資源隔離、優化和擴展。它們根據流量的實際需求采取行動，可以使用切片專用或切片感知的 xApp 和 ML 模型，例如，在預期的流量增加或減少之前進行預測和行動。最后，在 O-RAN 架構中，O-CU-UP 可以為每個切片專用，而 O-CU-CP 和 Near-RT RIC 共享并處理跨切片操作和優化。






審核編輯：劉清