长期演进技术的未来发展是目前全球电信营运商及通讯大厂积极布局的重要项目。国际通讯联盟(ITU)将规画于2020年订定第五代(5G)全球无线行动宽频通讯规范IMT-2020相关文件。在2014年11月17日至21日于美国旧金山举行的第三代合作夥伴计画(3GPP)服务需求工作组(SA1-Service)的国际标准会议中，便决定于2015年2月举行的3GPP服务工作组会议提出第十四版本(Release-14)的标准工作项目，将决定5G的需求规范。
5G三大发展方向底定
紧接着在2015年2月2日至12日于中国三亚市举行的一次3GPP服务需求工作组的国际标准会议中，正式通过由英国电信营运商沃达丰(Vodafone)主导之SMARTER工作项目，其用以探讨并决定5G的需求规范。
在同年3月9日至13日于中国上海举行的3GPP国际标准会议中，由无线撷取网路工作技术规范组(Technical Specification Group-Radio Access Network, TSG RAN)主席Dino Flore提出该工作技术规范组之5G的讨论时程。
值得注意的是，在2015年9月17日至18日于美国凤凰城举行的3GPP第五代全球无线行动宽频通讯工作会议(Workshop on 5G)中，来自全球各地行动通讯大厂的代表均热烈参与技术提案以及讨论，会中决议次世代无线撷取技术(Next Generation Radio Technology)将会朝向增强型行动宽频(Enhanced Mobile Broadband)、大量型机械式通讯(Massive Machine Type Communications)，以及高可靠低延迟式通讯(Ultra-reliable and Low Latency Communications)等三大方向发展。
在同年10月19日至21日于加拿大温哥华举行的3GPP服务需求工作组国际标准会议中，也达成决议将SMARTER工作项目分割为四个子工作项目，分别为增强型行动宽频、大量型物联网(Massive Internet of Things)、紧急型机械式通讯(Critical Machine Communications)以及网路运行(Network Operation)；其中除了网路运行属于核心网路相关的通讯技术外，其余皆与无线撷取网路工作技术规范组所决议的三大方向发展相呼应。
同时在2015年10月19日至23日于中国成都举行的3GPP网路架构工作组(SA2)国际标准会议中，通过由中国移动与诺基亚(Nokia Networks)共同主导之NexGen(Study on Architecture for Next Generation System)工作项目，用以探讨并决定5G的网路架构。
紧接着同年12月8日至12日在西班牙巴塞隆纳锡切斯举行的第三代合作夥伴计画国际标准会议中，通过由中国移动与NTT DoCoMo共同主导之Scenarios and Requirements for Next Generation Access Technologies工作项目，用以探讨并决定5G的网路截取技术使用情境与需求规范。
为了赶上IMT-2020的制定时程，加速第五代全球无线行动宽频痛讯发展，于2016年1月28、29两日在西班牙巴塞隆召开无线撷取网路工作技术规范组临时会议(TSG RAN ad-hoc meeting)，全力讨论并订定无线撷取网路工作技术之使用情境与需求规范之草案。
国际电信标准组织协力 ITU/3GPP催生5G
ITU根据1992年日内瓦会议所制订的协议和章程，扮演提供会议和论坛的角色，使ITU的成员可以在技术领域、发展领域或者电讯政策等各方面互相切磋，共同促进电信建设，以及合理使用各种电信措施。
在ITU当中，每个领域的部门都有自己的管理组织，透过各部门的管理组织，执行该部门的活动和策略，达成该部门所设定的任务目标。在全球化的背景下和世界电讯市场自由化的潮流下，促成ITU的组织重整分成三个主要领域的架构如下：
一、国际通讯联盟电信标准部门(ITU Telecommunication Standardization Sector, ITU-T)的任务是着重于电信技术标准的层面，此一部门藉由研究技术标准、技术标准的运作和关税问题，以及采取相关建议的方式，规画ITU的电信标准化事宜。
二、国际通讯联盟无线通讯部门(ITU Telecommunication Standardization Sector, ITU-R)的主要任务在于确保所有无线通讯业者，包括使用卫星通讯系统的业者，能以合理适当有效率且符合经济效益的方式使用无线电频谱。同时，此一部门也从事和无线电通讯相关的研究并提出建议。
三、国际通讯联盟电信发展部门(ITU Telecommunication Development Sector, ITU-D)的任务包括促使ITU成为联合国下辖的专业机构，并且在联合国的发展体制下负责执行各种有关计画。同时，电信发展部门也致力于推动技术合作和援助活动，以提升电信之发展，或者促使电信活动易于发展。
3GPP是一个成立于1998年12月的国际标准化组织机构。由五大区域之六个主要的成员组成，包括欧洲电讯通讯标准化机构(European Telecommunications Standards Institute, ETSI)、日本的电波产业会(Association of Radio Industries and Businesses, ARIB)和情报通讯技术委员会(Telecommunication Technology Committee, TTC)、中国通讯标准化协会(China Communications Standards Association, CCSA)、韩国情报通讯技术协会(Telecommunications Technology Association, TTA)和北美的电讯通讯产业解决方案联盟(Alliance for Telecommunications Industry Solutions, ATIS)。而在2015年1月1日，印度电信标准化发展协会(Telecommunications Standards Development Society of India, TSDSI)正式成为3GPP的主要的成员(如图1所示)，致力于制定电信产品并满足区域通讯标准服务的需求，同时促进国际通讯标准服务间的互通性。
图1 国际标准化组织机构与3GPP的关联性 图片来源：3GPP
欧美亚电信商积极投入5G研发
由Vodafone主导之5G的需求规范工作项目SMARTER，其全名为New study item on New Services and Markets Technology Enablers。该工作项目将根据5G研究单位之报告来选取对应之技术项目。
其*终目标是发展高阶的使用情境，并确认对应之高阶的潜在需求规范，以提供3GPP电信营运商新型态的电信服务以满足市场需要。选取第五代无线宽频通讯技术项目的分析过程也须考虑既有的3GPP系统的服务和需求，包括发展向下相容的机制。
2015年2月2日至12日于中国三亚市举行的3GPP服务需求工作组的国际标准会议中，正式通过用以探讨并决定5G的需求规范之SMARTER工作项目。为加速该工作项目的研究进度已先行于同年3月27日举行一场线上讨论会决定提案的形式。
紧接着在同年4月13日至17日于墨西哥洛斯卡波斯举行的服务需求工作组的国际标准会议中，开始正式讨论相关5G的服务需求提案。
之后在2015年8月17日至21日于塞尔维亚贝尔格勒举行的需求工作组的国际标准会议中，汇集电信大厂提出多达五十余件的系统服务使用情境及需求。
同年9月17日至18日在美国凤凰城举行的5G工作会议(Workshop on 5G)中，决议次世代无线撷取技术将朝向增强型行动宽频、巨量机械式通讯以及高可靠低延迟式通讯三大方向发展(如图2所示)。
图2 次世代IMT系统的能力规范 图片来源：3GPP
在2015年10月13日至17日于加拿大温哥华加开一场服务需求工作组的临时会议中，增加了十余件系统服务使用情境及需求，并决议将所汇集到的使用情境与需求规范进一步分成四个子研究项目来分析(如表1所示)，分别为增强型行动宽频、巨量物联网、紧急通讯以及网路运作。紧接着同年11月16日至20日在美国安纳罕举行的服务需求工作组的国际标准会议中，将原先在SMARTER中的七十二件系统服务使用情境及需求分类汇整至四个子研究项目，并产出TR 22.891 v1.2.0的技术报告草案。
5G新技术崛起 网路切片量身订制网路
随着新形态通讯市场的垂直区段细分，3GPP须提供多样化的使用情境。其中网路切片(Network Slicing)是一项全新的网路及服务模式，能量身订制网路、云端及管理服务，满足消费者及企业多项服务的客制化需求。
预计新用途的使用情境将满足新一代各式各样的网路需求。例如将有对应于不同功能的网路需求，如网路收费、策略管理、网路**与装置移动性等。
如行动宽频的使用情境，可能需要如依据应用层收费和依据应用层策略控制，而其他使用情况可使用简单网路收费或策略管理来提升效率。且不同使用情境的网路需求也将有巨大的差异。
为了有效的处理大量垂直细分的网路服务模式，有必要将不同的服务模式彼此隔离。
例如，当发生大量电表之网路行为都不正常之场景下，对于行动宽频的用户或与健康和**相关的应用程序都不应产生负面的影响。
此外，支持新的垂直细分还须有独立区段管理，及针对每个垂直区段的需要提供分析和服务的功能。
图3提供一个高层次概念的示意图。网路切片主要针对核心网路作分割，但为支持多个切片或不同网路切片资源分割，可能须针对特定的功能进行实体层的设计。
图3 支援网路切片服务模式的使用情境 图片来源：3GPP TR 22.891 v1.2.0
潜在服务需求规范：
一、3GPP须允许网路营运商提供网路切片的网路服务模式，即独立的网路功能和参数设定以搭配多个企业或虚拟网路营运商等。
二、网路营运商应能动态切割网路，以满足不同多样的使用情境。网路营运商应能识别某些终端或一群终端与用户组是对应关联到一个特定的网路切片。
三、3GPP应能使用户设备基于订阅之服务或终端之类型，从一个特定的网路切片获得服务。
潜在营运需求规范：
一、营运商应当能针对不同市场或服务，建立和管理符合要求标准的网路切片。
二、3GPP应能隔离操作不同的网路切片，并防止在一个切片中的资料通讯对其他切片服务产生负面影响。
三、网路营运商应能授权第三方在容许内透过适当的应用程式介面(API)来管理网路切片之设定。
以下将介绍网路切片的使用情境，以及如何实现网路虚拟化？
网路切片情境与需求
随着5G正在欧美亚各处积极讨论，网路切片确实是这些日子讨论*多的技术之一。网路营运商像是韩国电信(KT)、SK电信、中国移动、德国电信(DT)、KDDI和NTT DOCOMO，且电信设备商如爱立信(Ericsson)、诺基亚和华为都承认网路切片是作为即将到来的5G时代的理想网路架构。
这个崭新的技术允许营运商将一个物理网路切片为多个、虚拟、端至端(E2E)的网路，每一个逻辑上是分离的，包括设备，存取，传输和核心网路(像分割传统硬碟成C和D碟)，并且专注于不同类型具有不同的特性和需求的服务，如图4、图5所示。
图4 网路切片技术说明 图片来源：NETMANIAS TECH-BLOG
图5 网路切片有助分割智慧手机、智慧汽车和物联网等各式网路，有助5G发展。 图片来源：NGMN 5G White Paper
对于每一个网路切片，专用的资源(像是虚拟化服务器内部的资源、网路频宽、服务品质等)得到保证。作为切片彼此是隔离的，错误或故障发生在一个切片不会导致对其他切片通讯的任何影响。
到目前为止，行动网路主要服务行动电话。然而在5G时代，它们必须服务于具有不同特性和需求的各种装置。
前面提及第五代全球无线行动宽频通讯时代的情境是行动宽频、大量型物联网，以及紧急任务物联网(表2)，它们都需要不同类型的特征和网路移动性、收费、**性、政策控制、延迟性、可靠性等方面。
例如，大规模物联网的服务是连结固定感测器去测量温度、湿度、降水等资讯至行动网路，而不需要的特征如换手(Handover)或位置更新，这在服务行动电话已是关键。或者紧急任务物联网服务(如自动驾驶或远程控制的机器人)要求，不同于行动宽频服务，本质上是小于几毫秒的端到端延迟。
然而，这是否意味着须针对每个服务做出专门网路？所以一个用于5G电话，一个用于5G大规模物联网，另一个为5G紧急任务物联网等？实则不然，因为网路切片能提供更具成本效益的方式，也就是在单一物理网路之上拥有多个逻辑网路。
综观上述网路切片的概念还过于抽象，接下来将讨论执行细节，现存的4G行动网路架构，主要设备是手机、无线电存取网路(RAN)和核心网路。
如何实现虚拟化与网路切片？
无线电存取网路其中包含数位元件(DU)和无线电元件(RU)，核心网路主要是提供无线电存取网路厂商专用的网路设备。为了实现网路切片，网路功能虚拟化(NFV)是跨足此门槛的必要条件之一，如图6。
图6 实现虚拟化与网路切片阶段 1 图片来源：NETMANIAS TECH-BLOG
网路功能虚拟化的主要概念是能将网路节点阶层的功能虚拟化为建构模块，并彼此连结或串连以便相互通讯，安装网路功能到所有虚拟机器(VM)，MME、S/P-GW和PCRF在核心云端(Core Cloud)，RAN功能函式存放边际云端(Edge Cloud)部署于虚拟化的商业服务器上，而不是到专用的网路设备存取资讯，并且位于边缘和核心云端虚拟机之间的连接使用软体定义网路(SDN)实现方式，如图7。
图7 实现虚拟化与网路切片阶段2 图片来源：NETMANIAS TECH-BLOG
*后的一个阶段再考量不同的服务类型对应不同的虚拟化网路切片，具体实现虚拟化网路方式，专用切片为具有不同需求的服务建立，视服务的网路切片虚拟化的网路功能都被放置在不同的位置上(即边际云端或核心云端)，如图8。
图8 实现虚拟化与网路切片阶段3 图片来源：ITU-Report on Standards Gap Analysis
此外，特定的网路功能，如计费、策略控制等，必要的功能存在一个切片，不必要的其他切片备份，运营商亦可以订制网路切片，因为这是*具成本效益的方式。
考量软体定义网路实现方式角度切入，运用网路互连协议/多协定标签交换IP/MPLS实作边缘和核心云虚拟机之间的连接。核心云端中运作虚拟化服务器，利用内置的vRouter/vSwitch执行服务器中的管理程序，并开启SDN通道给网路切片服务使用。SDN控制器然后执行SDN通道和MPLS L3 VPN(如IoT VPN, voice VPN)之间的映射。
整个过程是在边际云端打造物联网路切片应用，从边际云端接到IP/MPLS骨干网，并一路连到核心云端，此实作技术过程将足够迄今标准来实现。
5G技术研发如火如荼 2020商用有谱
未来5G行动网路架构，主要将分成前端(Fronthaul)与后端(Backhaul)网路两大概念，首先前段网路就必须先定义，对于在边际云端和5G无线电元件之间如何将网路切片实现，将在未来标准会议中进行讨论以及规范。数位元件和无线电元件的功能，基于分组交换的概念亦将为IMT 2020工作小组引入新的讨论。尽管全球4G LTE行动宽频市场正方兴未艾，以及4G技术LTE-Advanced仍在迈向商用化，5G在全球的研发已越来越活跃，目标是2020年实现商用化。尤其透过5G低延迟、高传输、低耗能、大连结等特性，将发展**的感知技术，并在与行动宽频结合后，得以形塑出更多元前瞻的应用情境，来显着改变居家、工业、交通等各应用服务领域之形貌。
据了解，国际通讯联盟将于2020年订定第五代全球无线行动宽频通讯规范IMT-2020相关文件。而ITU-R*迟将于2017年底或者是2018年初开始征求下一代IMT技术(通称5G)的提案，3GPP在Release 14已开始讨论与5G相关的研究和工作项目及未来IMT-2020的发展，次世代无线撷取技术将朝向增强型行动宽频、大量型机械式通讯以及高可靠低延迟式通讯三大方向发展。
(本文作者皆任职资策会智通所)
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