5G网络切片：赋能8K等垂直行业

5G网络切片是使运营商和工程师能够根据用户的要求向用户提供服务和应用的关键技术。

5G 开发和部署正在加速，尤其是在亚洲。现场试验正在进行中，组件即将推出，测试涵盖的范围不止一种。有哪些挑战以及生态系统是如何形成的？

5G 网络的出现是基于提供非常高的数据速率、更广的覆盖范围、增强的吞吐量、无延迟的服务以及显着改善的服务质量 (QoS) 的愿景。它不仅是4G系统的上层版本，而且在技术能力和服务提供方面远不止于此。由于资源有限，当前的无线网络系统已经不足以管理每天都在急剧增加的用户需求。5G 无线网络有望有效地容纳数倍大的客户及其不断增加的数据流量。5G的一些特点是：

• 1-10Gbps连接，比传统LTE网络理论峰值数据速率150Mbps高近10倍
• 10-100x 设备始终通过 Internet 互连。
• 可用性 99.999%
• 往返延迟为 1ms，比 4G 的往返延迟 10ms 减少了近 10 倍。
• 网络功耗降低90%，低功耗设备10年超长续航。
• “随时随地”连接覆盖率接近 100%
• 能耗降低 90%。

此外，一些关键的新技术也将成为 5G 网络的一部分，例如未授权频段新无线电 (NR-U)、NR 车辆到 X (V2X)、软件定义网络 (SDN)、网络功能虚拟化 (NFV) ，具有终端多样化、节点数量多、节点超高密度部署、多种无线技术和安全方案并存、网络切片等新特性。

什么是5G网络切片

网络切片的思想是 5G 网络的重要组成部分。5G 提供了多个设备之间的连接，以便通过 Internet 相互通信，从而支持物联网。5G 背后的主要技术是网络切片技术，它允许它同时支持多种不同的设备和服务。

网络切片起源于网络虚拟化技术的概念，用于部署在单个共享物理网络架构之上运行的多个逻辑/虚拟系统。使用网络切片的主要目的是划分物理网络资源以对不同的流量进行最佳分组，并在宏观层面配置网络资源。在具有特定必要操作的案例/字段方面，每个切片之间存在分离。网络切片将单个普通物理网络划分为各种虚拟端到端（E2E）网络。

在进行划分时，目标是在资源、QoS 和安全性方面对每个网络进行定制和优化。

1：网络切片的优势。

网络切片服务

第三代合作伙伴计划 (3GPP) 提供并标准化了三种类型的服务。这些服务是 5G 的定义特征，可以通过使用网络切片在同一网络架构中共存：

1. eMBB（增强型移动宽带）

增强型移动宽带 (eMBB) 是 5G 网络的一个关键方面，在应用和服务方面为其提供了全新的方向。eMBB 应用程序非常以视频为中心，消耗大量带宽，将在移动网络上产生最多的流量，如 8K 流媒体、AR、VR 和基于云的游戏。

eMBB 以非常高的峰值数据速率以及中等数据速率为边缘用户提供稳定的连接。eMBB 由大型负载和设备激活模式组成，可以长时间保持稳定。这允许网络为每个 eMBB 设备分配不同的无线资源。eMBB 以 10-3 阶的误包率 (PER) 保证中等可靠性。

2. uRLLC（超可靠低延迟通信）

超可靠低延迟通信 (uRLLC) 是一种支持从有限终端以低延迟传输具有高可靠性的小数据有效载荷的技术，这些终端根据外部事件（例如警报）定义的特定模式处于活动状态。对于工业自动化、远程呈现、远程操作、远程机器人、自动驾驶汽车、无人机、无人机操作、公共安全和智能建筑等关键任务应用，uRLLC 应用需要闪电般的快速响应时间。URLLC 的主要目标是实现 PER 低于 10-5 的高可靠性级别。

3. mMTC（大规模机器类型通信）

大规模机器类型通信 (mMTC) 支持大量物联网 (IoT) 设备，这些设备会定期激活并在上行链路中使用低传输速率发送小数据包。通常，无数 mMTC 设备连接到基站，但在给定时间，只有特定随机数量的设备处于活动状态以发送数据，这也表示为测量 mMTC 到达率的随机变量。mMTC 的主要目标是在给定的无线电资源下最大化到达率。它的 PER 为 10-1。

通过对无线电接入网络 (RAN) 进行切片，这三种服务被分配正交或非正交无线电资源。网络切片通过在每个服务之间分配网络计算、存储和通信资源来保证每个服务的完全隔离和增强的性能水平。

2：动态安全的网络切片赋能垂直行业。

当前市场和行业分析

当前基于 4G 网络技术的市场和行业正在达到在给定频谱上可以快速传输多少数据的技术极限。5G 网络的演进有望消除这种带宽拥塞问题，这是 4G 网络的主要限制。

4G网络已经不能满足现代工业对高速、大容量、低延迟、低干扰、更长的电池寿命和更高效率的需求。此外，传统的市场和行业基础设施缺乏可以提高行业生产率和收入，减少人力的物联网技术和智能应用。

根据最近的报告¹，预计 5G 将在 2035 年产生 12.3 万亿美元的全球经济产出。不仅如此，国际数据公司 (IDC) 的研究报告称，创建、捕获、处理的数据量，到 2025 年，在世界各地复制的数据将从 2018 年的 33 ZB (ZB) 增加到 175 ZB。

挑战

以下是当前通信网络面临的挑战：

1. 多媒体限制

由于缺乏现有 4G 网络提供的带宽等资源，当前的多媒体应用面临一些限制。其中一些限制包括：

• 糟糕的虚拟现实体验
• 非常高的延迟
• 高级游戏体验的硬件障碍
• 低带宽导致体育直播延迟
• 无法监控和提供高分辨率视频
• 缺乏多样化和孤立的网络

垂直行业的部署需要灵活的、可编排的、隔离的网络架构，具有最佳能力，以确保高可靠性和超低时延。现有的 4G 网络无法满足这些延迟要求，尤其是在智能电网中。此外，由于4G的应用和服务运行在同一网络上，可能会相互干扰，导致服务质量下降，因此它不提供隔离的网络。此外，它缺乏多样化，因为它为所有服务提供相同的网络功能。

2. 安全挑战

数据安全是网络的基本要求，每个应用都需要端到端的安全保护。当前通信网络提供的安全算法和加密技术不足以保护用户数据并防止其免受恶意攻击和窃听。

使用 5G 和网络切片的好处

• 低延迟

网络切片提供低延迟，这对于媒体和娱乐目的（例如游戏、直播、流畅的虚拟现实体验等）以及医疗保健部门实现远程医疗服务、诊断和手术以及军事行动都非常重要。

• 提供多样化和隔离的网络服务

5G网络切片技术通过划分网络资源，让5G业务运行在不同的切片上，避免干扰，提高资源利用率，解决了提供多样化和孤立网络的问题。

• 安全

网络切片确保灵活的安全架构，提供多层次的切片安全保障。当垂直行业的用户有特定的安全需求时，他们会向运营商提出不同级别的安全保护的定制化网络切片。网络切片提供的不同安全能力包括安全管理、网络协议安全和设备资源安全。

5G网络切片赋能垂直行业

5G网络切片是一种多系统支撑技术，其高效的切片和资源分配技术具有支撑垂直行业的能力。行业客户可以向运营商订购网络切片，并提供切片类型、容量、性能、覆盖等网络需求。运营商然后根据他们的要求创建网络切片。行业客户通过开放接口获取请求切片的管理信息。在本节中，我们将讨论与 Fibocom 5G 模块集成的网络切片用例，为物联网应用提供可靠、可访问、安全和智能的蜂窝无线解决方案，为每个人带来完美的无线体验。5G网络切片允许eMBB、uRLLC、

Fibocom的5G模组质量达到国内及全球顶级行业标准，并通过在KPN物联网实验室环境下使用真实5G网络设备进行的eMBB 1st slice激活测试，成功通过了5G网络切片激活验证。这些模块能够提供无缝的跨境高速端到端无线数据传输。

5G智能电网

几年将部署的最大技术进步之一是智能电网取代传统电网系统。智能电网是将无线通信网络集成到电网中，承载电力设备的配电、使用和控制指令等数据，从而形成智能电网系统。

5G 网络切片在智能电网的功能中起着至关重要的作用。它将 5G 网络划分为逻辑上隔离的网络，每个网络都被视为一个切片。它允许智能电网根据各种电网服务的要求定制具有不同功能和服务水平协议 (SLA) 保证的切片。发电、输电、变电、配电、用电等智能电网业务，对网络带宽、时延、抖动、误码率、可靠性等方面的需求各不相同。网络切片赋能智能电网四大应用场景，提升电能质量、系统可靠性，降低运营成本、劳动强度和功耗。这四大智能电网应用场景分别是：

• 智能分布式馈线自动化
• 毫秒级精准负载控制
• 低压配电系统信息获取
• 分布式电源

利用 5G 的网络切片、增强型移动宽带 (eMBB)、海量机器类通信 (mMTC) 和超可靠低延迟通信 (uRLLC)，智能电网系统为实现电力消费者和电力消费者之间的双向通信提供了可能。分销商，从而允许分销商管理和有效处理电力分配。Fibocom 5G 模块使智能电网应用（例如监管监控、故障定位、隔离/自愈和能源重新路由）能够在 5G 网络上正常运行。我们嵌入智能电网技术的模块提供了一个灵活和协调的网络、高可靠性和毫秒级超低延迟，以满足其多样化的需求——提高电网效率、可靠性和安全性。

• 配电自动化

智能电力汇聚终端搭载Fibocom 5G模块，可实时感知站区设备状态，主动故障诊断与修复，提升用户用电体验，提升供电质量。

• 电源差动保护

基于5G的差动保护系统具有低延迟、高容量和安全性，可实时或准实时运行。部署与Fibocom 5G模块集成的智能终端，可以通过无线超可靠和低延迟通信来处理线路差动保护。

• 电站和线路检查

5G网络切片在使用高带宽监控方法识别故障定位和隔离方面发挥着重要作用。检测终端内嵌Fibocom 5G模块，无需本地有线部署，即可随时随地实时监控电力线传输状态，降低网络部署成本。

5G智能挖矿

矿业在一个国家的经济发展和矿产资源的利用中发挥着重要作用。但它给人类和工业安全带来了巨大的挑战。在如此深的深度，地下采矿作业可能极其危险，因为那里的信号质量很弱或无法进行充分和快速的通信。由于采矿对生产率和安全性的高要求，行业正在逐步向无人化、自动化和可视化矿山发展，这些矿山需要通信基础设施来精确定位和操作井下机械、实时数据传输以及连接相当多的连接设备的数量。即将到来的 5G 网络和人工智能 (AI) 时代被视为引入一种称为智能挖掘的基于 AI 的新挖掘方法的曙光。

据观察，5G 技术在煤炭开采中的使用取得了巨大进步，其数字管理技术为煤炭行业提供了更准确和适当的管理能力。运营商通过内置5G模块的井下设备，成功实现了井下5G专网覆盖。

Fibocom 的 5G 模块集成到智能采矿物联网中，可实现一系列智能采矿优势：

• 通过在矿井中提供最新和高效的通信系统来避免事故。
• 更加科学、定量、智能化。
• 为我提供“耳朵”、“眼睛”和“智能大脑”。
• 让工人和从业人员提前了解危险，及时处理，维护矿山生产安全。
• 节省成本并加强矿山管理，从而提高矿山产量和收入。
• 提高市场竞争力
• 降低劳动力成本和员工招聘问题。

网络切片和移动边缘计算技术，让运营商将自动化和无人机器设备的大脑放置在地面管理中心，获得共享计算和共享处理单元，提供更安全、更高效的操作，更好地利用资源，同时降低成本。生产成本。因此，网络切片可以为煤矿带来新的解决方案，创造新的经济和社会效益。

5G智能端口

港口在支持现代交通、促进国际贸易方面发挥着重要作用。由于全球化以及船舶规模和利用率的增加，港口变得更加繁忙，因此港口变得更加高效。

传统的港口系统依赖人力来操作集装箱起重机，这可能包括在恶劣环境中的任务，并且需要高强度的劳动强度。此外，这些端口配备了通过电缆连接到网络的固定机器。因此，不能满足全球海运现代发展的要求。

因此，5G智能港口拥有网络切片技术，确保整个港口系统的流程安全高效。在5G智能端口中，可以在以下情况下采用网络切片，配备Fibocom的5G模块²：

5G直播

5G 网络切片和更智能的移动技术正在创造一场完美风暴，将改变直播。嵌入 Fibocom 5G 模块的物联网允许实时传输大量数据，克服实时视频流必不可少的时间延迟问题。

Fibocom 5G模块赋能的物联网直播可用于以下情况：

• 允许教师通过立即访问世界各地的科目，在课堂上创造引人入胜的体验
• 远离学校的家长可以看到他们的孩子参加学校的戏剧、舞蹈比赛和游戏。
• 使医生能够治疗那些居住在偏远地区而无法来医院的患者。
• 使医生能够在手术期间通过实时视频通话向世界其他地区的其他专家外科医生寻求帮助。
• 提供体育远程指导的机会。

网络切片允许单独但同时满足每种情况的要求，而不会增加网络负担。它使网络能够细分，其中需要高带宽才能流畅运行超高清 8K 内容的电影频道，而直播体育赛事可以利用超低延迟同时运行。

结论

5G网络切片是使运营商和工程师能够根据用户的要求向用户提供服务和应用的关键技术。5G凭借其高速、大带宽、低时延等众多服务能力有望提升用户体验，但如果没有网络切片，则无法达到这种性能水平。因此，所有为 5G 网络提出的最先进技术都需要首先成功地将网络切片整合到 5G 中，以便能够以承诺的性能将其应用程序和服务正确交付给用户。

Fibocom的5G解决方案使设备能够自主灵活选择网络切片，提供基于不同行业的个性化服务，同时有效隔离同类型流量，甚至为同行业的各类用户提供定制化服务，赋能新的商业模式。