網(wǎng)絡切片技術在5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的運用策略研究

魏海龍

(京信網(wǎng)絡系統(tǒng)股份有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

基于網(wǎng)絡切片處理的技術方案，能結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的具體場景和需求落實低時延高可靠切片處理，并且配合切片應用的方式進行數(shù)據(jù)流動的監(jiān)控處理，結(jié)合業(yè)務需求變動情況建立網(wǎng)絡參數(shù)自動優(yōu)化模式，從而更好地滿足行業(yè)的發(fā)展需求。

1 網(wǎng)絡切片技術概述

在網(wǎng)絡切片技術體系中，要將單一的物理網(wǎng)絡分化為多個虛擬端到端網(wǎng)絡體系，保證每個虛擬網(wǎng)絡之間都能形成獨立的應用控制模式，并且分化的任何虛擬網(wǎng)絡出現(xiàn)故障都不會對其他網(wǎng)絡子系統(tǒng)產(chǎn)生影響。正是基于5G移動通信網(wǎng)絡的高速率、高容量和低時延特性，網(wǎng)絡切片技術能在保證網(wǎng)絡服務水平的同時，構(gòu)建更加可靠的場景化應用體系。

1.1 網(wǎng)絡切片技術的特點

第一，安全。對于網(wǎng)絡切片技術而言，安全性是最關鍵的特點之一。能借助網(wǎng)絡切片設定的隔離機制打造可靠的數(shù)據(jù)安全管理平臺，保證切片內(nèi)的資源不會受到其他網(wǎng)絡節(jié)點非法訪問產(chǎn)生的影響。在網(wǎng)絡切片技術處理環(huán)節(jié)中，能最大程度地提高網(wǎng)絡資源的獨立性，確保整個網(wǎng)絡體系的安全水準，為數(shù)據(jù)管控工作的可靠性落實予以支持。

第二，多樣。網(wǎng)絡切片技術能適用于多樣化的業(yè)務場景，能實現(xiàn)不同部署場景的應用目標。(1)獨立部署各種端到端切片。(2)共享切片和獨立切片的縱向分離。(3)共享切片和獨立切片的橫向分離。與此同時，網(wǎng)絡切片技術依據(jù)其靈活的擴展能力，能完成更加可控且合理的切割，滿足業(yè)務需求。

第三，預測。借助網(wǎng)絡切片技術能對業(yè)務流量的變化情況進行合理性的分析，并且完成業(yè)務需求的推測管理，進一步評估網(wǎng)絡資源的劃分狀態(tài)。在網(wǎng)絡切片技術應用環(huán)境中，要將業(yè)務場景作為核心，構(gòu)建匹配用戶實際需求的組網(wǎng)模式，優(yōu)化相應的業(yè)務流程，從而更好地優(yōu)化網(wǎng)絡體驗。

第四，可編程?；诰W(wǎng)絡切片技術的應用要求，第三方能借助開放性的應用程序接口進行切片資源的合理分配，并且配合網(wǎng)絡資源和云資源的應用標準，能依據(jù)需求完成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)定制化控制和資源彈性化分配，滿足多元服務需求。

1.2 管理體系

為了進一步發(fā)揮網(wǎng)絡切片技術的應用優(yōu)勢，要整合具體的技術要求和內(nèi)容，建立相匹配的切片管理模式，搭建端對端管理控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示，從而為全面優(yōu)化技術運行效能提供保障。管理體系在應用過程中，一般是借助無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)共同處理的應用模式，完成獨立管理模塊后，能建立協(xié)調(diào)性子切片的處理[1]。

1.3 建立過程

正是基于網(wǎng)絡切片技術的特點，在建立基礎應用平臺的過程中，要結(jié)合服務等基礎協(xié)議完成資源重組，并配合特定的通信服務模式，確保虛擬物理資源整合效果的最優(yōu)化。

第一，客戶一般是借助CSMF向?qū)募夹g項目經(jīng)營商購買對應的切片技術體系，依據(jù)網(wǎng)絡切片技術的特點和信息服務處理的基本情況，提出對應的業(yè)務需求。較為常見的業(yè)務需求中，要對時延、帶寬以及容量等進行集中的審核，從而確保選取的網(wǎng)絡切片技術模塊能符合服務標準。

第二，CSMF在實際操作環(huán)節(jié)中，主要是將客戶的實際需求作為核心，建立相匹配的QoS分析、鏈路狀態(tài)通告分析等，形成匹配型轉(zhuǎn)化處理模式，并依據(jù)業(yè)務需求對應選取相應的網(wǎng)絡切片，直接將網(wǎng)絡切片需求下發(fā)到對應的CSMF位置。

第三，NSMF也是基礎的切片管理中心，主要是進行切片資源申請的提交，結(jié)合CSMF分解獲取的網(wǎng)絡切片應用需求，落實完整的實例創(chuàng)建管理控制模塊。與此同時，匹配子切片分解網(wǎng)絡子切片需求，完成子網(wǎng)絡相應任務內(nèi)容的下發(fā)和處理，直接實現(xiàn)NSSMF的獲取。

圖1 網(wǎng)絡切片結(jié)構(gòu)

第四，子網(wǎng)絡NSSMF在收到網(wǎng)絡子切片需求轉(zhuǎn)化的功能請求后，會結(jié)合實際情況和需求的具體內(nèi)容，完成調(diào)用管理，并配合編排處理機制，構(gòu)建完整的虛擬化基礎設施應用控制，保證子切片依托的網(wǎng)絡機制、計算機制以及存儲資源部署機制都能滿足實際需求[2]。

第五，CSMF最終要進行部署切片相關實用性價值的基礎驗證工作，并且，管理系統(tǒng)要反向通知場景用戶，對應的切片場景已經(jīng)在部署中，完成部署工作就能進行通信服務管理，從而為后續(xù)切片優(yōu)化調(diào)整提供保障，實現(xiàn)多元管理的目標。

綜上所述，在基于無線網(wǎng)、傳送網(wǎng)以及核心網(wǎng)的網(wǎng)絡切片技術應用環(huán)節(jié)中，要結(jié)合業(yè)務隔離、時延等基礎要求和標準，整合業(yè)務和傳送網(wǎng)的映射關系，按照標準化流程落實具體的過程建立方案，匹配承載切片編排的相關要素，搭建更加可靠且合理的網(wǎng)絡運行平臺，確保能為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供良好的支持。

2 網(wǎng)絡切片技術在5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的運用

正是基于網(wǎng)絡切片技術的優(yōu)勢作用，在5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系中要善于調(diào)控網(wǎng)絡切片技術內(nèi)容，建立較為完整的應用模塊，配合互聯(lián)網(wǎng)管理標準，打造更加完整且規(guī)范的網(wǎng)絡切片技術運行平臺，維持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展效能。

2.1 技術融合

在技術全面優(yōu)化的時代背景下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也向著更加多元的方向發(fā)展，相較于傳統(tǒng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系，現(xiàn)有的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)涵蓋了更多的制造企業(yè)，并且，也從粗放型制造業(yè)逐漸向數(shù)字化、自動化企業(yè)轉(zhuǎn)型。為了便于業(yè)務的開展和服務系統(tǒng)的升級，在融合5G移動通信技術時，要整合切片技術模式，匹配更多不同的應用場景，確保相應工作內(nèi)容和服務流程都能落實到位。對于工業(yè)場景而言，并不是單一化的場景體系內(nèi)開展切片服務，包括低時延場景完成自動化制造、大規(guī)模機器通信場景傳感器連接、大帶寬場景高清視頻監(jiān)控等，要結(jié)合技術的要求和網(wǎng)絡切片技術的具體情況，選取更加匹配的技術應用模塊。

一方面，網(wǎng)絡切片技術在5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中開展相應工作，要在有限網(wǎng)絡資源體系內(nèi)進行多重網(wǎng)絡功能的分析，并且保證差異化協(xié)議狀態(tài)下網(wǎng)絡架構(gòu)流動性最優(yōu)化，這增加了多重網(wǎng)絡架構(gòu)設置的復雜程度，也對數(shù)據(jù)流提出了更高的要求。因此，要整合網(wǎng)絡切片技術內(nèi)容，建立更加可控且規(guī)范的調(diào)度應用模式，并維持管理水平[3]。

另一方面，5G移動通信技術網(wǎng)絡切片處理環(huán)節(jié)的資源調(diào)度較為多樣，能滿足工業(yè)4.0變革中新型網(wǎng)絡基礎設施的處理需求。建立相應的控制模式和服務體系，并整合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特點，落實相應的服務平臺，滿足服務多樣化的需求。能在提供資源隔離服務的同時，為內(nèi)外網(wǎng)以及差異化業(yè)務場景數(shù)據(jù)的安全管理提供保障。

除此之外，網(wǎng)絡切片技術還能結(jié)合場景的特定需求實現(xiàn)綜合管理，打造質(zhì)量達標、應用效能高的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用控制模式，并配合電信級服務質(zhì)量和管理可控安全機制，維持良好的應用平臺。比如，近幾年網(wǎng)絡切片技術被廣泛應用在電力行業(yè)、礦資源開發(fā)行業(yè)、工業(yè)制造行業(yè)等方面，要依據(jù)不同場景的具體標準開展相應作業(yè)，并建立端對端應用控制管理體系，避免服務模塊無法應用造成處理效果不當。無論是場景容量參數(shù)還是時延要求都有很大的差異，且網(wǎng)絡切片技術都能結(jié)合具體需求進行整合和優(yōu)化，維持良好的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用控制效能[4]。

在云端機器人、遠程控制、機器視覺等方面，都對容量、時延提出了對應的要求，而相應的內(nèi)容也在不同的應用范圍內(nèi)得以落實。(1)云端機器人實時性操作的主要應用范圍是業(yè)務數(shù)據(jù)交互，以及機器人本體完成終端傳感器的預處理。(2)遠程控制的應用范圍主要集中在遠程控制圖像的回傳和指令下達。(3)機器視覺的應用范圍主要集中在所有圖像信息采集場景的信息傳輸和數(shù)據(jù)反饋。

2.2 煤炭開采

作為高危行業(yè)，煤礦工作受限于井下生產(chǎn)的封閉環(huán)境，對工藝體系和工業(yè)方案的安全性提出了更高的要求，為了打造更加科學規(guī)范的行業(yè)管理模式和作業(yè)機制，將實時性監(jiān)控模塊應用在行業(yè)安全管理體系中具有重要的意義。結(jié)合煤礦開采行業(yè)的基本要求，一般要設置采煤、掘進、機電、運輸、通風、排水等工作內(nèi)容的對應管理系統(tǒng)，以便于實時了解生產(chǎn)狀態(tài)、人員定位管理、緊急避險狀態(tài)、井下通信聯(lián)絡等工作的情況。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡應用平臺中，盡管能實現(xiàn)信息的交互，卻不能滿足每個系統(tǒng)對容量和時延的不同需求，使得信息的實時性管理并不到位。

在5G移動通信技術全面發(fā)展的基礎上，配合使用網(wǎng)絡切片技術，能針對每一個控制系統(tǒng)建立相應的控制網(wǎng)絡，并整合應用要求和標準。在5G專網(wǎng)建立的基礎上，結(jié)合系統(tǒng)差異化需求，利用網(wǎng)絡切片技術方案，打造單獨成網(wǎng)的應用控制模式，最大程度提高對應場景管理的效果。

在應用無線網(wǎng)絡子切片的過程中，能結(jié)合不同系統(tǒng)的具體標準，展開分析、處理和系統(tǒng)化應用，維持各個系統(tǒng)的獨立性和規(guī)范性，在可靠的應用模式下有序運轉(zhuǎn)，避免系統(tǒng)之間相互影響對井下安全產(chǎn)生制約作用，并提高煤礦企業(yè)常規(guī)化工作的效率，打造少人化甚至是無人化煤礦開采平臺，從根本上提高煤礦開采工作項目的安全性，也能規(guī)避安全隱患問題造成的經(jīng)濟損失或者是人員傷亡[5]。

3 網(wǎng)絡切片技術在5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中應用的趨勢

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展和進步，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用體系中融合計算機信息技術、網(wǎng)絡運營技術以及通信技術等內(nèi)容，能更好地維持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用效能，建立健全可控且合理的技術平臺。最關鍵的是，相較于國外先進的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用結(jié)構(gòu)，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還有待優(yōu)化，尤其是核心技術、綜合能力以及網(wǎng)絡體系方面，數(shù)字化和網(wǎng)絡化水平較低，要進一步促進行業(yè)的發(fā)展，就要將5G移動通信技術融合在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用控制模塊中。

一方面，要基于網(wǎng)絡切片技術打造“人-機-物”協(xié)同進步的互聯(lián)互通控制模式，提高資源泛在連接和彈性互補的實效性，并結(jié)合實際資源管理要求和標準，打造可控的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)運行體系，維持技術模塊之間的平衡，并且，實現(xiàn)高效配置的應用目標，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)向著更加高速、可靠的方向發(fā)展。

另一方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的推廣也為信息技術和制造業(yè)融合提供了良好的平臺，配合數(shù)字化發(fā)展、網(wǎng)絡化發(fā)展以及智能化發(fā)展的基礎，能打造加速推進的管理控制結(jié)構(gòu)，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)向著無線化和扁平化轉(zhuǎn)型提供良好的保障，并建立更加科學合理的核心載體應用模式，實現(xiàn)資源多元發(fā)展的目標[6]。

4 結(jié)語

總而言之，5G移動通信行業(yè)專網(wǎng)在不斷發(fā)展，網(wǎng)絡切片技術部署在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系中能發(fā)揮實時性作用，創(chuàng)設更加科學且規(guī)范的管理平臺，提高工業(yè)體系發(fā)展水平，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合5G技術奠定堅實的基礎。