网络切片的问题涉及两个关键的、尚未解决的问题:第一，采用5G无线技术的电信服务提供商(AT&T, Verizon, T- mobile /Sprint, The new Dish)将如何选择在应用和数据方面与云服务提供商(亚马逊AWS、微软Azure、谷歌云平台、IBM cloud)竞争?第二，他们将如何重新构建他们的网络，让企业客户控制他们的资产，同时保持他们基础设施的安全性和完整性?
即使是现在，随着5g品牌的服务在美国主要城市地区的推广，这些看似基本的架构问题仍然悬而未决。
今天的电信网络是软件定义的(SDN)，就像大多数企业网络一样。这意味着有一个网络地图，其可寻址位置可以通过代码来确定和更改，以满足任何给定时刻的工作负载需求。对于企业网络，虚拟机或容器通常给定一个Internet协议地址，使其在网络级别上具有惟一的可访问性(“本地循环”)。Kubernetes是一个现代的、分布式的、基于容器的应用程序的企业网络协调器，但它假设SDN是围绕运行面向用户功能的容器映射的。
Kubernetes不能编排一个电信网络，因为有一个根本的区别:在最低层次上，电信网络的功能是为网络服务，而不是为用户服务。必须这样做——这是一个不容商量的问题。
电信公司依赖于一种称为网络功能虚拟化(NFV)的低级计算资源划分，这种划分在更接近计算基础设施核心的级别上进行管理，而不是像VMware的vSphere这样的典型商业虚拟化平台。在这个级别上，网络管理程序像单独的机器一样运行。理论上，面向客户的功能——例如，流内容通道的接口——可以部署为nfv。
5G无线技术除了语音电话之外，还需要额外的收入来源，这样服务提供商才能负担得起转型，并在未来10年维持新平台的运营。因此，一些计算服务是它们的关键需求。
然而，他们进入这个新市场有一个明显的优势:遍布全球的大量数据中心资产。5G对电信公司的吸引力在于，它能够将他们的资源集中起来，向商业客户提供类似云的服务，而无需建立超大规模的数据中心。
“5G网络的发展给我们带来了很多可能性、兴奋和能力，这是我们以前无法做到的，”AT&T的网络架构和设计高级副总裁Igal Elbaz在接受ZDNet采访时表示。“我们讨论的是虚拟化、将网络功能转移到软件、网络云、协调器，如何将延迟(管理)引入应用程序?”有很多新元素，或者不是很老的元素。”
电信公司的数据中心不是现在，也永远不会变得像OpenStack或Azure Stack这样的云平台。但这只是在基础设施层面。在更高的层面上，移动到5G的电信公司可能有机会，而且最有可能的动机是，将他们的大量云计算能力转售给商业客户。因此，在商业意义上，如果不是架构上的，他们会遵循亚马逊的原始模式，将数据中心不会使用的容量转售给外部客户——这可能是自电子线路以来最具破坏性的单一商业创意。
要做到这一点，唯一的方法就是为电信工程师在内部资源和面向客户的资源之间划分出明确而不可侵犯的界限。
3GPP(在其成员认为3G会存在更长时间时被命名)是指定5G的主要全球标准组织，由来自世界5G利益相关者的工程师组成。2017年10月，3GPP发布了它的第一份互联网文件草案，承认它的定义仍然有些悬而未决。然后在2018年7月，该组织发布了一份更新，其定义变得更清晰和更大:
网络片定义为公共陆地移动网络(PLMN)内的端到端逻辑通信网络，包括核心网络(CN)控制平面、用户平面网络功能和5G接入网(an)。
这个定义分别指管理通信的部分、执行包路由和转发的部分(如Internet)和使设备可以访问网络的部分。
它比看起来要复杂得多，这说明了一些问题。这个3GPP图是在2018年3GPP Release 15 (5G的初始组件)采用的架构下，一个网络片可能会采用的三种不同配置的一个例子。这里的每个彩色块表示一个虚拟网络函数(VNF)。显然，在连接的一端是移动设备;另一端是数据网络(DN1、DN2、DN3)，它们由云表示，并不是因为它们是基于云的，而是因为从历史上看，云是电话网络工程师用来表示“随便什么”的形状，或者是对这个架构来说不重要的细节。
这里需要注意的最重要的一点是，3GPP只配置了在服务器和客户机之间建立数据连接所需的VNFs。总的来说，这些VNFs提供了用户应用程序(由片表示)所需的网络访问、安全和策略控制功能，以便与无线网络堆栈进行接口。在某些情况下，当一个用户可能运行多个应用程序时，可以共享某些VNFs，这就是片#1的一部分与片#2合并时所发生的情况。
你在这里看到的是工程师所说的水平切片，不仅仅是因为艺术家选择在图表中描述它的方式。在此配置中，每个片只有运行应用程序所需的函数(“用户函数”)及其与网络的VNFs接口。换句话说，它没有将网络或网络的某些部分的控制权交给用户函数。
例如，假设一个制造工厂在其整个设备上部署了大量的物联网设备，通过无线方式进行通信。从理论上讲，无线服务提供商可以将一个网络切片分配给客户作为这些设备的集线器控制器，这样他们的控制平面就会非常接近最初收集和处理数据的地方。如果网络切片是水平的——如果网络应用程序提供的映像就像云中的虚拟机，只表示应用程序使用的功能，那么这就可以工作。每个片所感知到的都是适用于它的资源，就像图中所示的那样。
分析公司451 Research的高级副总裁沃利·斯温(Wally Swain)在2018年布鲁克林5G峰会上说:“对我来说，网络切片是5G最吸引人的地方。”“网络切片是一种扩展给定频谱片的能力的方法吗?”难道这是监管机构应该关注的事情，然后说，‘这是我增加市场竞争的方式，通过强制对切片征收批发关税?’——或者诸如此类的话。”
5G将如何改变商业
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这些都是这个基本架构问题的核心问题。采用3GPP计划可能意味着向众多规模小得多的参与者开放云服务市场，或者可能会给甲骨文(Oracle)和Rackspace等无法跟上三大云服务提供商增长步伐的运营商提供“救生衣”。这是电信公司没有预料到的一种可能性。对他们来说，考虑与亚马逊对抗就足够了，而不需要提防“妈妈和流行网络”的入侵。
但是，如果客户想要更进一步:控制其制造工厂的无线网络，而不仅仅是在其上运行的应用程序呢?为了实现这个功能，它需要一个垂直的部分——考虑到无线网络成为无线网络所需的所有资源的一种资源划分。它将为主要客户提供一种利用无线频谱作为其数据中心结构的方法，管理无线连接就像管理有线连接一样。大企业不明白这是为什么，当他们必须进行融资的时候，他们应该通过一个中间人。
正如你所能想象的，电信公司不愿意把控制权下放。一些人认为这不仅不可行，而且是非法的。
想想5G和网络切片。德国5G实验室协调员、德累斯顿技术大学(Technische university at Dresden)教授格哈德·p·费特威斯(Gerhard P. Fettweis)博士说。“你打算如何处理这一切的完整性、隐私、安全角度看,知道你的硬件是不会太空,因为两年后,我们将有四个主要更新的系统,因为我们发现有人一直在故障系统?”
这并不是说，at&t、威瑞森以及T- mobile和Sprint合并后的下一家公司，在与亚马逊(Amazon)、微软(Microsoft) Azure和谷歌云展开竞争方面，有一些被抑制的、初生的欲望。但它们可能会把云计算能力转售给大大小小的公司，这肯定会打乱云计算提供商的最佳计划。这将包括许多云提供商的最大企业客户，他们可能愿意在运营自己的全球光纤电缆连接网络上花更多的钱，就像运营自己的数据中心一样。
这在2018年是一场激烈的辩论。但到2019年，切片方向的问题基本上没有得到解决。
“我的印象是，最近它不知怎么失去了势头，”安德烈亚斯·穆勒(Andreas Mueller)说。他是德国制造业巨头博世公司(Bosch) 5G、物联网和连通性研究的负责人，在去年4月的2019年布鲁克林5G峰会上主持一个小组。
“对我来说，网络切片是实现多服务支持的一种方式，可以扩展用例的数量，”诺基亚贝尔实验室(Nokia Bell Labs)网络和架构主管西蒙娜·雷达纳(Simone Redana)博士在回应穆勒的评论时解释道。“就像对待每一种技术一样，下一步是要理解，它的商业模式是什么?”他提到了他的实验室与德国电信(Deutsche Telekom)和汉堡港务局(Port Authority of Hamburg)合作进行的为期两年的研究项目，该项目始于去年2月，被称为“5G君主”(5G MoNArch，一个比我的一些文章还长的缩写)。该项目已经开始测试各种分段策略，其中无线发射机(有些安装在电视发射机上)可以直接接入交通灯、工业海港监测器和环境传感器。
目前还不清楚，如果有建议的话，从这个实验中得出的切片方向是什么。但这种情况只会在2021年出现。而博世则不愿等那么久。
在2018年布鲁克林5G峰会上，博世介绍了其5G无线系统的愿景，从理论上讲，该系统可以由自己的IT员工维护和运营。该公司将专门为其工厂设施提供5G服务。这样，分散在工厂各个楼层的制造设备(包括机器人)就可以用低延迟连接到集中的数据中心来替换它们的嵌入式固件控制。这些设备的治理过程可以使用更现代的软件开发方法进行管理，包括持续集成和持续交付(CI/CD)——每隔几天而不是每隔几年更新和升级生产中的工具。
更重要的是，如果没有这些固件来维护，生产设备将消耗更少的电力。所有分布式设备需要将其运行状态传输回中心集线器的物联网(IoT)小工具都将变得没有必要，因为它们将直接连接到数据中心，而数据中心将绕过这样的集线器。
“我们真的在考虑在我们的工厂里运营我们自己的5G网络，”博世的穆勒当时说。“当然，即便是博世也无法仅凭这项工作就建立起一支100人左右的团队。这不仅仅是一个需要考虑的用户层面，也是一个运营管理层面。它必须以某种方式简化。
“但我们也不需要我们目前在蜂窝网络中拥有的全部复杂性和灵活性，”他继续说。他说:“在美国各地建立并运营一个网络是一回事。对于一家只有5个小电池的工厂来说，做同样的事情是另一回事。”
从那时起，博世就开始计划放弃整个切割路线，向德国政府请愿，要求并接受自己的频段，用于运营无线网络。包括大众汽车在内的其他主要德国公司也纷纷效仿。这样做，他们引发了一场可能在整个欧洲蔓延的运动:一场利用5G原则将无线网络从自己的主要客户中分离出来的努力。
这对美国电信运营商来说将是一场噩梦，他们将彻底摧毁5G业务模式的基础。但到目前为止，他们还没有提供任何替代方案。
电信网络不仅在架构上而且在法律上都被要求提供只有通过隔离才能实现的高水平的安全。包括美国电话电报公司在内的一些电信公司表示，只有在其运营的网络和它将租给商业客户的任何部分之间，才有可能实现物理隔离。因此，电信公司要想运营一个云网络，就像5G架构所暗示的那样，它需要在一个单独的大楼里。
然而，这并不是5G的初衷:让电信公司的功能成为电信公司自己管理的多租户网络的一部分，是为了降低成本和重新获得投资支出——实际上，是为了让5G转变为利润。
毫无疑问，VMware并没有提出解决这一难题的方案。但这一次它的大胆断言有些令人震惊:该公司表示，完全隔离在虚拟化平台上是可以实现的。(要是能在十年前知道就好了。)
“我们称之为虚拟服务网络，”VMware工程师Constantine Polychronopoulos说，他在电信/NFV业务部门的CTO办公室工作。这个想法非常简单:以编程的方式，真正地虚拟化网络，使其能够在本质上支持一个由异构物理网络组成的全国性基础设施。而不是花几个月甚至几年的时间来推出一个新的网络，我们可以在几个小时内完成。”
Polychronopoulos提议的规模乍一看似乎很荒谬。VMware的VSN vision不会运营多个数据中心(每个中心都有自己的业务流程)，而是将所有东西都整合到一个单一的云里，包括电信公司自己的网络核心，以及他们将租赁给服务提供商的部分。
今天，移动虚拟网络运营商(MVNO)从电信公司和isv租用云容量和网络频谱。但是准备时间需要几个月，部分原因是它涉及物理构建。Polychronopoulos认为，简单地把这个物理元素包括进来，就把整个项目纳入了资本支出的范畴。资本支出预算几乎自动要求超额准备金。
[从左至右:Constantin Polychronopoulos, Marc-Andre Bordeleau, VMware]
“我们要做的是能够利用虚拟化,”他告诉ZDNet,”和真正创建虚拟网络的端到端时尚,这人想要提供任何东西,从一个小应用程序到整个网络,像一个MVNO,可以在几个小时内,定义网络完全程序化的方法。”
Polychronopoulos希望借鉴微服务和自动化登台系统(如BOSH)的成功经验，构建一个可以将任何网络配置指定为代码的单一系统。这将是一个多租户系统。在这个系统中会有不同类型的切片(“口味?”)，其中一些适合于博世的工厂，另一些则更适合于MVNOs。前端系统(他称之为“片选择器”)将把最合适的片类型附加到客户指定的业务用例上。
美国电话电报公司(at&t)的艾尔巴茨(Elbaz)已经公开表示，这种多租户系统是不可能的——不仅是安全措施，联邦法规也将禁止将客户服务与核心通信资产混在一起。VMware的Polychronopoulos反驳说，至少从维护的角度来看，保持两个服务类别之间的物理隔离可能会导致最终的5G云网络无法实现。
那么，VSN会像某种编曲者一样工作吗?也许会像一个“重新想象成Kubernetes (MORK)的移动运营商”?事实上并非如此，VMware的软件工程师Marc-Andre Bordeleau解释道，他也是3GPP的代表之一。Bordeleau告诉ZDNet，在每个虚拟网络功能(VNF)都对应于一个pod的系统中，将没有计算服务质量(QoS)的机制，也没有办法优先处理某些层的流量。正是这种将网络细分为服务层，然后将这些层进一步划分为租户和服务的能力，使电信网络和客户网络能够驻留在同一云中。
“如果你有一个联网汽车服务的网络切片，”Bordeleau说，“延迟是至关重要的。这需要端到端的延迟小于3毫秒。但是另一个用于视频流的片不能干扰这个连接的车片，因为否则，它将打破3毫秒延迟SLA。对于视频流，带宽很重要。我们确保它获得100mbps带宽，物联网和智能手机不会干扰它。因此，通过这种方式，我们实际上隔离和分离了网络中的各个部分，这样每个网络都是独立的，它们可以运行并尊重它们自己的sla。”
纵观科技史，宏大的愿景往往无法实现，而不是生产出持久的产品或服务。如果VMware对VSN的宏伟愿景能够成为众多优秀公司中的一员，电信公司将只能依靠自己的设备来解决如何管理全国范围内的物理分支网络的问题。
但是如果VSN捕捉到了某种火花，让我们不要低估它要扎根所需要达到的目标。它只会产生地球大小的云，由成千上万个大大小小的设施组成——而不是十几个超大规模的建筑群——以光速连接起来。如果这一切都能奏效，那么它至少能对亚马逊、微软和谷歌的公共云业务模式造成冲击，或许还能造成真正的冲击。请记住，其中一些供应商退出手机制造业务，专注于云计算。