5G在需求定義之初即面向萬物互聯，eMBB、uRLLC、mMTC三大應用場景分別應對高帶寬、低時延高可靠和海量機器類型連接的需求，后兩者主要面向物-物之間的連接，因此正如公眾號「5G行業應用」文章《5G發展的五大動力和四大挑戰》中所述，5G有別于之前的移動通信網絡主要面向消費市場這一發展主線，具有消費性、管理性和生產性三大發展主線，而主要的增量收入來自于后兩者。按照GSMA對全球運營商CEO的調查，69%的受訪者認為企業（B2B、B2B2C）是5G收入的最重要來源，遠高于消費者（B2C）的23%。

不管是5G本身定義的不同應用場景能力，還是垂直行業千差萬別的需求，都很難想象能夠用一張網絡來滿足，因此網絡切片技術被普遍認為是5G滿足垂直行業需求，使能千行百業數字化轉型的理想技術架構，那么網絡切片真能承擔這樣的角色嗎？

一、網絡切片是什么？

網絡切片是什么？為了便于理解網絡切片，首先我們看一下移動通信網絡提供服務的演變，最先的1G/2G時代，移動通信主要提供語音業務和消息業務（短信），語音業務是信道化的，所有用戶共享一個物理網絡，通話用戶獨占信道，運營商按通話時間收取費用。

從2G末期到3G/4G的時期，隨著互聯網的發展和智能手機的普及，數據業務成為移動通信網絡增長最快的業務，人們通過手機享受各種互聯網服務，運營商則按照數據流量收取費用。數據業務是IP化的，各種不同的業務（語音、視頻、圖片、游戲、電子郵件、瀏覽網頁等）都跑在這個管道里，但顯然不可能讓每種業務都按照最快的方式發送，網絡能力無法滿足，而完全平等的發送所有業務數據則可能會使得某些業務無法及時調度而導致用戶體驗不好，兼顧網絡能力和用戶體驗的簡單方法就是根據不同業務的實際需求，比如時延、誤碼率/丟包率區分，分出優先級，按照優先級進行調度，3G時期就采用這種方法分為了會話類、交互類、流媒體類、背景類四種業務，4G時代增加了速率保障維度，劃分出了9種QoS等級。

5G面向萬物互聯，定義了三大類場景，對網絡的速率、容量、時延、可靠性、安全性、頻譜效率、移動性、網絡能效、服務成本等有不同的需求，而且物聯網應用還需要和第三方平臺、應用融合，同時能滿足不同行業對安全隔離的要求。再沿用3G/4G的方式按照不同需求維度進行調度優先級的劃分在具體實現和網絡管理上就變得不再可行。

為了解決這個問題，3GPP從R14開始進行網絡切片的研究，引入網絡切片的概念：在同一個物理網絡上構建端到端、按需定制和隔離的邏輯網絡，提供不同的功能、性能、成本、連接關系的組合，支持獨立運維，為不同的業務和用戶群提供差異化的網絡服務。這樣一來，就將原本QoS的“業務類別/業務特性”二維擴充成了“網絡切片/業務類別/業務特性”三維，同時解決了行業用戶對網絡的安全隔離和獨立運維的要求，借助網絡切片端到端的設計、監控和保障，可以實現對網絡SLA的可保障服務，不需要在公共網絡中去爭奪資源，滿足行業用戶對通信可靠性的要求。

二、網絡切片為行業數字化帶來了什么？

數字化轉型是利用最新的數字化技術和能力來驅動組織商業模式的創新，目的是為了實現業務的轉型、創新和增長。通信技術作為基礎的數字化技術，在推動數字化轉型上起到重要的作用。通信技術在垂直行業的應用非常廣泛，光通信、工業以太網、WLAN、LAN、PLC等有線通信技術，電臺、2G、3G、4G等無線通信技術，在垂直行業中都得到了不同程度的應用，滿足不同場景下的通信需求。以電網為例，普遍采用的通信技術和應用如下：

但這些通信技術在應用于智能電網中都面臨一些關鍵挑戰，包括：可擴展性差、帶寬有限（PLC）;部署成本高、周期長、移動性差（光纖）;公網無法保障質量、私網建設成本和運維成本高（3G/4G）;帶寬有限、安全風險（無線電臺/Wi-Fi）;部署成本高、延遲大（衛星通信）。同時，多種通信技術的使用給電網通信網絡的建設和運維帶來更多的成本。

而5G網絡提供高可靠性、高擴展性、高帶寬、低時延、大用戶容量等能力，再通過網絡切片靈活調度和合理分配網絡資源，在公網上提供滿足安全隔離要求、服務質量保障的通信服務，相對于現有通信技術和以前的蜂窩移動通信技術，為垂直行業的數字化轉型帶來更多的契機。

垂直行業的需求多種多樣，大致可以分為以下幾類：

網絡切片通過對以上能力的組合和能力開放，可以最大程度的滿足垂直行業的需求。網絡切片一般通過以下過程進行設計、部署、監控保障、運維：

切片訂購：行業用戶通過切片商城/服務門戶訂購切片，并提出關鍵SLA要求;

切片設計：切片管理系統響應切片訂單，將SLA的各子網分解，參考當前網絡資源和運行情況轉化為切片的網絡拓撲、網絡參數和資源配置等;

切片部署：切片管理系統執行切片網元實例化、參數的配置和切片激活;

切片監控保障：切片管理系統提供切片SLA指標的端到端監控和上報，并動態調整切片配置，保障SLA指標滿足客戶要求;

切片運維：切片管理系統提供切片級的故障告警、性能統計等運維功能。

除了切片訂購和服務平臺以外，網絡切片還需提供能力開放平臺，方便垂直行業用戶進行業務控制、策略管理、性能監控等，有效的促進垂直行業的數字化應用與運營商網絡深度結合，提供極致的用戶體驗。

三、哪些行業需要使用網絡切片？

如前所述，網絡切片將5G豐富的能力集按照行業的需求，提供定制化、可保障、安全隔離的通信服務，并提供能力開放，與其它業務平臺和應用結合，形成垂直行業的數字化服務，那么有哪些行業是需要網絡切片的呢？我們同樣從網絡切片的定制化、可保障、安全隔離三個維度進行分析。

首先在消費性領域，以高清視頻類（4K、8K、VR/AR）、實時交互類（VR/AR）、互動娛樂類（云游戲/VR游戲）等體現5G高帶寬、低時延特性的業務為代表，被電信運營商認為是5G商用早期最具價值的業務。

高清視頻類消費者應用包括點播、直播，點播主要對下行速率有要求，4K視頻目前的在線商用服務要求所需帶寬在15Mbps~25Mbps之間（與壓縮算法有關），廣播級服務以韓國為例，無線廣播是25Mbps，衛星/有線廣播40Mbps，均為逐行60fps高幀率內容。8K視頻提供更高的信息密度承載能力，更多的細節呈現力，不僅是提高了視頻的觀看體驗，在醫療、安防監控、工業、考古等領域將有更多的應用，60fps的8K視頻需要帶寬在80~100Mbps。直播包括以電視臺、網絡直播的廣播服務提供商和以個人為主的網絡直播平臺等，內容生產端需要上行速率，消費端則需要下行速率。

VR/AR具有高傳輸帶寬，實時交互特性，傳統有線和無線的通信方式使得用戶體驗較差，延緩和限制了VR/AR的成熟和發展，以VR為例，需求如下：

大型游戲以其良好的可玩性和極致體驗受到游戲愛好者的喜愛，但是對終端的需求很高，往往需要配備游戲電腦、頂級顯卡，游戲安裝包大小通常是2GB甚至更高，玩家入門門檻高。“云游戲”通過將渲染放在邊緣云端，處理的結果壓縮后通過網絡傳給用戶，使得用戶終端無需高端顯卡等設備，只要能夠以“視頻”的方式播放這些游戲畫面就可以獲得流暢的游戲體驗，因此成為游戲發展的熱點。但游戲“云化”的結果需要網絡提供100Mbps的帶寬和10ms級別的時延，并能夠提供穩定的通信服務。

作為典型的eMBB類應用，通過網絡切片提供對帶寬的保障，可以為高清視頻服務商向其高端用戶提供高質量的服務。

整體來說，視頻/游戲服務端通過采購切片一方面提高自身業務的質量，另一方面將高質量服務以體驗的形式賣給用戶;而運營商則以高效率的方式提供差異化服務，以網絡切片發展更多用戶，實現5G網絡價值變現。

其次在管理性領域，公共安全、智慧城市是GSMA網絡切片需求定義的兩大類行業應用。公共安全通信應用包括關鍵任務Push-to-Talk、視頻監控、關鍵任務IoT（無人機、安全應急網、醫療應急網等）等，智慧城市則包含城市管理的各個方面，包括智慧社區、智慧政務、智慧交通等等。公共安全和智慧城市目前主要是通過2G應急通信，如TETRA;蜂窩應急網絡如LTE專網;有線網絡如公共安全視頻監控的光通信等。公共安全和智慧城市兩個行業場景比較復雜，高帶寬、低時延、大連接的需求都存在，傳統采用的通信方式多樣，同時對網絡和數據安全的需求比較強烈，通過網絡切片的方式可以按需定制，并實現安全隔離，但具體的應用場景和實際需求還需要進一步探討。

生產性領域是5G最具想象力的部分，包括GSMA定義的C-V2X、智能電網、醫療、智能制造等場景都屬于這個范圍。中國移動探索電力、游戲、娛樂、銀行、醫療、自動駕駛等6大領域的網絡切片應用，重點均集中在生產性領域。其中智能電網、智能制造、車聯網C-V2X是重要的三個行業。

智能電網如前一節中描述的，面臨不同的應用場景，對帶寬、時延、連接數和可靠性要求各不相同，如差動保護時延要求《10ms，可靠性要求5個9;抄表應用則需要千萬級連接數;無人機/機器人巡檢要求高帶寬。同時電網有嚴格的行業安全標準，對安全隔離提出了很高的要求。此外，智能電網的一些應用還需要一些定制化的功能，如PMU業務需要有1us精度的授時。

網絡切片設計上，針對三遙，差動保護等配電自動化應用、精準負控;配網向量測量PMU等應用，設計uRLLC類型的切片;針對變電站機器人巡檢、輸電線路無人機巡檢等應用，設計eMBB類型切片;高級計量抄表類應用，設計mMTC類型切片，并按照電力信息通信安全分區的要求，對生產控制區、生產非控制區、生產管理區、信息管理區和外網，分別設計不同隔離方式，滿足安全隔離的要求。

智能制造領域廣泛采用機器人、無人機、數字裝配、VR等技術實現數字化生產、柔性制造。通過有線的方式，或者工業WiFi、4G蜂窩網絡等，無法完全滿足智能制造生產場景中移動性（有線）、時延&可靠性（WiFi、4G）、帶寬和連接數量（4G 、WiFi）的需求，同時，智能制造對計算的本地部署（MEC）有強烈的需求，以解決時延和數據安全的問題。網絡切片設計上，對于高清監控、VR數字制造等應用，設計eMBB類型切片;對數控車間，需要海量設備的連接，設計mMTC類型切片;對于生產控制類業務，設計uRLLC類型切片。同樣的，智能制造一般包括生產控制、信息采集、辦公應用等，對隔離的要求各不相同，切片設計的時候考慮不同安全隔離方式。

車聯網是綜合性的業務，包括V2V、V2I、V2P、V2N等，如《人車路網云五維協同發展5G車聯網》所述，需要網絡切片和MEC構建更靈活的網，以提供高可靠的通信服務。具體SLA要求上，車-車通信V2V要求時延《5ms，可靠性99.999%;車-路協同V2I和人-車協同告警V2I要求時延《10ms;V2N提供高精度地圖下載、高清視頻、游戲、AR導航等服務，需要帶寬》100Mbps。具體到業務應用上，信息服務類應用，包括高精度地圖下載、信號配時、信息推送等，可以設計eMBB和mMTC類型切片;交通安全類應用，如路口防撞預警、前后車事故預警、路側異常預警、行人預警等，設計uRLLC類型切片;交通效率類應用，如車速引導、路徑優化、流量優化等，設計uRLLC和eMBB類型切片;協同類應用，如車輛編隊、遠程駕駛、自動泊車等，設計uRLLC類型切片。

垂直行業的應用需求多樣，和切片的相關性也各有不同，考慮eMBB、uRLLC、mMTC三種場景5G標準的成熟期，垂直行業應用的成熟期也將會不同，參考來自于IHS Markit的報告如下：

四、網絡切片當前面臨的問題和挑戰

從網絡切片當前發展來看，eMBB標準架構基本具備;借助核心網引入SBA架構、RAN靈活的空口和CU/DU分離、承載網SDN化，支持網絡切片的技術組合基本完善;各主要的5G設備供應商也都在各種場合，結合不同的應用進行了切片的演示和測試。但是距離運營商提供網絡切片服務，至少有幾個階段需要跨越，也分別都面臨各種挑戰：

首先是網絡切片端到端拉通階段，網絡切片包括核心網、承載網、無線接入網、終端、切片編排管理系統、切片用戶接口（切片商城和能力開放平臺），目前華為、中興、愛立信都進行過端到端的切片演示，但據觀察，主要還存在以下問題：

端到端拉通僅僅局限在單廠家設備，一般也僅包括核心網、承載網、無線接入網和切片編排管理系統，跨廠家的拉通并未看到;

切片的用戶接口沒有看到產品出現，切片商城僅僅停留在概念和原型，能力開放平臺也還處在討論階段;

支持切片的移動終端沒有看到，還是基于測試終端進行;

切片拉通的許多環節還需要人工配置，自動化實現程度低，快速部署和靈活定制優化還無法實現。

然后是網絡切片SLA保障增強階段，垂直行業對通信服務的質量有確定性、可預期的要求，要提供可信的5G網絡服務，需要網絡切片能夠對垂直行業關鍵的SLA指標進行保障，而這不管是標準、技術還是產品，都還在討論階段，還需要解決幾個關鍵問題：

端到端性能的測量，目前標準推薦了一些端到端測量的技術選項，但具體實現還與客戶的需求存在差距;

RAN側資源預留和SLA保障的能力還需要討論，無線接入網是5G的資源和性能瓶頸，帶寬、時延等關鍵性能指標都受到無線環境的極大影響，現有切片標準對無線側的規定非常簡單，很多需要依賴于具體實現;

部分SLA定義還不明確，如何將客戶SLA根據網絡實際情況進行資源和參數匹配，以得到滿足客戶要求和可預期的SLA，目前還沒有實現方法和手段;

對于一些需要嚴格承諾SLA的高等級質量要求場景，如電網應用、火車列控、車聯網、工業生產控制等，標準和技術還在討論中。同時法律義務也并不清晰。

還有商業模式探索階段，完善網絡切片的用戶側功能，探索行業需求，快速創新商業模式，是網絡切片從實現商用到取得成功的關鍵。盡管目前各類結合垂直行業的5G應用創新活動百花齊放，也對網絡切片的需求進行了一些探索，但仍然在一些重要問題上并沒有解決方案：

垂直行業的業務模型并不清晰，需要對重點行業業務應用進行大量的探討、驗證和試用，形成方法論和樣例庫;

網絡切片和行業用戶業務系統結合還很初級，哪些能力需要開放給用戶？用戶如何利用這些能力實現業務控制，提升業務體驗？網絡切片能力和其它能力如MEC、云等能力開放如何結合？

網絡切片商業模式，包括服務提供模式、商務模式（成本核算、收益評估、計費模式等）、切片運營方式等，還在初期探索階段。

網絡切片除了以上存在的問題以外，還面臨其它建設和服務提供方式的挑戰，比如專網建設，如果讓一些大的垂直行業獲得5G頻譜，并建設行業私有的5G網絡的話，運營商的5G垂直行業應用將可能更碎片化，如何應對5G私有網絡建設的挑戰，是運營商需要考慮的一個問題。

網絡切片作為5G應對不同行業應用場景的關鍵技術，看起來確實能夠通過功能定制、SLA保障、安全隔離三大核心能力滿足大多數垂直行業的需求，結合MEC的部署和統一編排，加上能力開放，可以為垂直行業構建更靈活、魯棒性更強的網絡，支持B2B、B2B2C、B2B2B等多種商業模式的創新，為運營商擴展業務領域，同時也為垂直行業的數字化轉型帶來契機。但不管是從標準、技術、產品、商業模式等，都還需要行業付出更多的工作，構建更豐富多樣的生態，促進網絡切片的成熟，真正實現5G改變社會的宏大愿景。

來源：5G行業應用