5G:从公共安全要求到网络分片

第五代网络(5G)正准备为通信行业带来彻底的范式转变。它正在颠覆目前 "一个网络适合所有 "的策略,由于这种策略,制造业、零售业、汽车业等行业部门还没有充分利用移动服务的潜力。举例来说,一个企业可能需要超可靠的服务,而其他企业可能需要极低的延迟,无论带宽如何。与其说消费者适应网络,不如说5G网络将适应外部要求。

一种方法是为特定需求建立特定的网络,但这可能意味着高昂的网络成本(包括CAPEX和OPEX),并且需要一定数量的客户来证明这种商业模式的合理性。 通过 "网络切片",5G旨在解决这个问题,使移动网络运营商(MNOs)能够在一个共同的平台上设计和运营多个专用逻辑网络。

行业要求 用例:公共安全

为特定使用情况定制网络的概念首先是在公共安全领域实现的。在美国,第一反应者网络管理局(FirstNet)是作为《中产阶级税收减免和就业创造法案》(公法112-96)的一部分创建的,该法案于2012年2月22日签署成为法律。 该法分配了20兆赫的频谱和70亿美元来建立一个专门为国家第一反应者服务的宽带网络,并授权第一网络建设、运营和维护该网络。

FirstNet最初的目标是为第一反应者提供一个专用网络,以便在危机期间进行通信,特别是在现有的商业网络被大流量淹没的时候。此后,用户数量、数据流量需求和使用情况不断增加和发展,这不断给FirstNet带来压力,不仅要增加容量,还要发展其产品。

物联网(IoT)的出现给第一反应者带来了巨大的优势。来自设备和传感器的数据将提供更好的态势感知,响应者将能够更快、更有效地采取行动。

高容量、低延迟的5G网络不仅可以通过基于物联网的态势感知为公共安全应用提供渐进式的进展,还可以使移动网络运营商生态系统根据需要在FirstNet内部和外部快速部署专用的 "应急片"。5G功能将提高第一反应者向遇险地区的公民和其他第一反应者提供帮助的能力:

图1:用例来源:3gpp tr 22.872 v2.0.0 (2018-05)

为了快速部署定制的 "应急片 "以实现图1中描述的这些用例,移动网络运营商将需要专用和/或共享资源,例如,在处理能力、存储和带宽方面,并与其他网络片隔离。

移动网络运营商的规划考虑因素

从实施的角度来看,移动网络运营商可以为多个行业垂直领域(如公共安全、汽车、制造业)部署一个 "切片"(例如,仅有物联网切片),也可以捆绑不同的切片(如物联网、宽带、低延迟),为一个特定的垂直领域提供端到端的功能。

图2:来自GSMA的概念

这些切片中的每一个都有特定的属性(延迟、吞吐量等),与该网络的特定和逻辑部分的性能有关。作为首要任务,移动网络运营商可以创建切片模板,这些模板可以定义网络互连,配置可以提供一定的性能,如第三代合作伙伴项目(3GPP TS 28.531)所定义的。

这些片断模板大多是通用的,使移动网络运营商能够快速创建一个特定的服务。因此,如图2所示,每个MNO可能只有三个具体的切片。然而,对于垂直行业的要求,例如公共安全,还涉及更多的任务。用例(如图1所示)将指导移动网络运营商创建 "私人切片 "的概念,或者在这种情况下创建 "公共安全切片"。

一个具有用例所需具体性能的切片模板(低延迟切片或宽带切片)与一个或多个不同的切片相结合,将实现 "公共安全切片 "的目标。

图3:私营公共安全片区的规划

采用公共安全切片而不是建设专用网络,不仅可以节省成本,还可以为公共安全客户提供灵活性和选择。虽然网络切片计划在3GPP第16版(计划在2020年6月)中实现标准化,但移动网络运营商可以立即开始计划诸如增强公共安全的用例。

今天的MVNO(移动虚拟网络运营商)模式将被网络切片所颠覆;企业客户可以得到一个具有一定保证的SLA的网络片断。向县、市等提供 "公共安全切片服务 "的概念,根据他们的具体需求进行定制,是非常有前景的。

挑战与结论

5G网络是云上的第一代移动网络。公共安全切片即服务 "的概念是以业务为导向,而不是以技术为导向,同时承诺将公共安全用例与网络特定逻辑部分的功能、拓扑结构和政策无缝映射。

围绕将NFV架构映射到具体的片区准备(图3),实施这种定制服务模式将面临挑战。

图4:公共安全片区的部署

从操作的角度来看,公共安全片将有一个或多个网络片,需要对其进行配置、监测和控制。在有些情况下,公共安全客户可能需要来自移动网络运营商的应用编程接口(API)来控制网络服务。

运营支持系统/业务支持系统(OSS/BSS)将为网络切片的成功发挥更大作用。从OSS的角度来看,分片从设计到部署到保证的闭环自动化将是关键。BSS必须管理动态收费和计费、动态履行不同的SLA和定价模式。

在5G时代,运营领域和商业领域明显合并,允许移动网络运营商通过为公共安全等垂直行业提供定制的网络片断,发展到超越连接供应商的地位。

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