5G对工业物联网(IIoT)应用的支持——移动云端、区块链及人工智能（四）

摘要：工业物联网(IIoT)具有特殊的通信需求，包括高可靠性、低延迟、灵活性和安全性。5G移动技术本能地提供了这些功能，使其成为支持工业物联网(IIoT)场景的成功候选。本文的目的是基于这两个领域的初始需求和承诺，识别当前与5G工业物联网相关的研究挑战和解决方案。本文的研究方法遵循以下步骤:调查研究现状，比较结果以确定进一步的挑战，并为每个研究领域的经验教训作出结论。这些领域包括IIoT应用及其需求;移动云端;后端性能调优;网络虚拟化;还有安全，IIoT的区块链，5G的人工智能支持，以及私有园区网络。除了调查当前的挑战和解决方案外，本文还旨在对这些领域(与5g支持的IIoT相关)进行有意义的比较，从而得出当前研究的不足之处。

接上文：5G对工业物联网(IIoT)应用的支持——移动云端、区块链及人工智能（三）

3.3  网络切片

网络切片已经成为5G系统的关键概念。通过切片，服务提供者能够以有效的方式支持具有不同需求的新业务服务。在5G网络中，网络切片到底意味着什么?它可以看作是一个被分割成多个功能实例的网络，其中每个功能实例都针对特定的需求和/或特定的应用程序/服务进行了优化。图3对此提供了一个通用的体系结构视图。切片允许在物理基础设施上部署多个虚拟网络，允许资源隔离和自定义网络操作。对于多租户系统，这两个特性是必需的。从基础设施的角度来看，通过引入网络管理程序，通过网络切片将一组专用的或共享的资源(物理的或虚拟的)分配给适当的租户。

    图3   5G网络分片的架构视图

由于新的5G服务有多种需求，网络切片需要结合一组网络和云资源，如带宽、网络处理和存储等功能来满足这些条件。

3.4   5G中的SDN、NFV和资源编配方法

虚拟化的趋势导致了云-本地应用程序和基础设施管理器的出现，这些应用程序和基础设施管理器确保了这些应用程序的无缝操作。当今使用最广泛的资源和服务管理器，例如Kubernetes，它主要管理web应用程序的容器，提供自动调度、扩展和自修复特性。然而，这些解决方案中的大多数仅针对数据中心，并不针对地理分布的基础设施设计。此外，它们常常不能采用这种调度策略来保证新应用程序所需的低延迟。

一个专用组件，即资源协调器(RO)，负责管理底层资源并找到实现服务的软件组件的适当位置。根据ETSI关于网络功能虚拟化(NFV)的术语，构成网络服务的软件模块称为虚拟网络功能(VNFs)。

VNF(和NFV)经常与软件定义网络(SDN)一起被提及，特别是在讨论5G核心网络资源优化和切片时。一方面，SDN起源于电信运营商领域，其目的是将网络设备中控制平面与转发平面刚性、相互依存的结构分离。另一方面，VNF/NFV出现在数据中心和资源优化社区，旨在提供网络功能的灵活性。这些社区如今共同努力，解决5G切片需求带来的挑战。最近在参考文献16中总结了主要的概念和各自的挑战。

这个基础结构的一个关键元素是资源编配器，它可以被看作是包含编配相关任务的组件，在ETSI的体系结构中，它同时出现在虚拟基础设施管理器(VIM)和NFV编配器(NFVO)中。通常，RO会将组成服务的VNFs分配给计算资源，还会在连接的VNFs之间分配路径。

在云边/移动边/分布式云计算环境中，能够有效管理底层资源的新型RO(或ROs层次结构)是未来具有挑战性任务的不可避免的组件。它必须能够在一个紧密集成的框架中联合处理计算和网络资源，并且除了计算能力之外还必须了解网络特性。此外，所请求的网络服务必须在几秒钟内动态创建，还可以使用两种不同的设计方法来实现这些特性。一方面，在VIMs和网络控制器之上，有一个更高级别的协调器，即可以添加NFVO，它能够集成不同的资源域。这个解决方案导致ROs的层次结构和VIMs和NFVO的协作，从而产生更长的部署时间和对严格定义的外部API的需求。多供应者场景需要这种方法。另一方面，VIM本身可以通过网络感知和对网络资源的详细查看进行扩展。通过这样的升级，对于资源属于同一操作符的单供应商设置来说，额外的NFVO就变得没有必要了，通过这些方法，编配时间可以显著减少。

（待续）

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我是您身边的区块链研究员，如果您有志于区块链或者交易技术的学习，欢迎和我交流。微信：chanhai13。更多文章请添加微信公众号：链学园。原文名称： 5G support for Industrial IoT Applications— Challenges, Solutions, and Research gaps

作者：Pal Varga, Jozsef Peto

原创翻译：区块链研究员（区块链Robin）

英文源自Budapest University，译文有编辑及删减，如有侵权，请联系译者删除。

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