5G业务模型和网络切片技术研究文献综述

 2022-09-23 20:19:27

  1. 文献综述(或调研报告):

目前,围绕着5G业务的定义及标准化工作正如火如荼的进行着,目标是在2020年之前初步实现5G系统的部署。而网络切片的概念则是在NGMN(下一代移动网络)内部运营商的早期商讨中引入5G系统的,为了阐明这一概念,我们有必要回到源头。

问题源于2015年,当时关于5G用例的商讨【1】认为4G网络架构无法满足未来多样化的用例需求。4G网络架构被认为“不够灵活、可伸缩性不足,在每个架构都有自己特定的性能、可伸缩性和可用性需求时,不足以有效支持更广泛的业务需求”。此外,有人认为为了有效的引进新的网络服务,应该构建一个更可靠的5G系统。网络切片的概念正是从这一简明的出发点而引入的。根据NGMN对5G的设想,网络切片被定义为端对端的独立逻辑网络,这里的独立指三个方面【5】:1)当切片B耗尽其预分配的资源后,切片A不应受切片B影响;2)不该允许切片间的直接通信来预防窃听;3)应有预防恶意骇入网络切片的机制。【5】包含了一系列可能的安全隐患及处理它们的建议。

它可以用一个三层模型来表示【2】:基础设施层(IL)、控制层(CL)、商用层(BL)。因为切片应该是端对端的,基础设施层(IL)包含所有运营商物理基础设施的部件。在基础设施中,你可以找到无线接入点、计算储存资源(如数据中心)、连接所有部件的有线线路等。

控制层(CL)位于IL的上部。CL可以看作模块化虚拟化网络功能(VNF)库及运行所需的资源。它包含着所有处于运营商支配下的工具以控制网络的行为。CL也包含着框架以管理、协调这些虚拟化网络功能。商业层(BL)包含着网络切片被创造的服务及用例,还包含操作者目前可部署的切片的目录及范例。BL也需要一个工具来把第三方请求的功能需求转换为控制机理指令。这些指令指示了部署哪个VNF,连接哪个基站,监控数据到达阈值时该做什么,允许哪个用户设备连接到切片。这些工具确保了切片能自动被部署。

目前已被描述的网络切片用例可以基于它们对网络的要求划分为三类【3】。第一类是增强移动带宽(eMBB)用例,要求很高的数据速率及高移动性、安全性、覆盖率。典型的例子如超高解析度视频流传输到智能手机或便笺,触觉互联网与增强现实。第二类用例被定义为大规模机械化通信 (mMTC),其中大量设备传输对延迟不敏感的低速数据,且通常不包括移动设备。防止通信量使核心网过载这项要求可以通过在其到达核心网前处理达到。该分类包含物联网(IoT)---其包含开创智能建筑及城市的传感网络。第三类是超高可靠低时延通信(URLLC),其包含重要服务,可概括为极低延时、高可靠性和高可用性。例子包括在灾难发生时提供的紧急服务,如远程手术及通信网络。

不同的要求需要不同的新技术,eMBB用例要求新的无线接入技术如大规模MIMO及毫米波来提高数据速率。它们也需要用户设备的环境感知,诸如电池信息及位置,为了私人化的服务质量。mMTC将给设备间的通信极大的好处,允许它们互相通信而不必在网络上发送通信量,使它们能发送分组消息。基站蜂窝范围的减少也通过降低每座基站的通信量向mMTC服务。重要服务需要RAN与核心网间的无线回程及位于核心的多跳网络。

因为网络切片是一项端对端的服务,故基础设施的每一部分都应该支持它。我们把基础设施划分成用户设备、接入网络及核心网。目前为止,还没有出现新技术能允许控制整个基础设施。下面将简要介绍几项网络切片相关的核心技术【4】

基于SDN的控制面切片:SDN实现了控制面与转发面的解耦,使得物理网络具有了开放、可编程的特征,支持未来各种新型网络体系结构和新型业务的创新【7】。切片控制器负责完成物理网络的虚拟化,按需形成逻辑独立的虚拟网络,即切片网络vNet,并负责vNet虚拟资源到物理网络资源的映射,并将vNet资源信息暴露给vNet控制器。

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