本文作者
徐 丹：中国信息通信研究院知识产权中心专利工程师。
贾晓辉：中国移动通信集团有限公司技术部项目经理。
张俊霞：中国信息通信研究院知识产权中心副主任。
本文主要讲了什么内容？
随着5G愿景和概念逐渐地清晰，网络技术发展对5G系统具有重大推动作用，而网络切片作为5G网络核心功能尤为重要，其相关专利布局早已展开。本文对全球网络切片技术专利申请进行了针对性的检索，并从重点技术分支中的功能与架构等角度进行了全方位的深入分析，可为国内相关企业的技术研发和市场布局提供借鉴。
一
网络切片概述
2015年3月，主要由运营商组成的NGMN联盟发布了5G白皮书，给出了5G愿景：5G是可以创造一个全方位移动连接社会的系统。这个系统可以通过现有以及后续出现的新业务给用户和行业从业者创造极大的价值，在任何时间、地点都可以提供品质如一的用户体验，可以创造出可持续性的商业模式。
同时，NGMN还定义了5G八大类24种典型场景，覆盖了目前业界主流的场景。网络切片利用虚拟化技术将通用的网络基础设施资源根据场景需求虚拟化为多个专用的虚拟网络。每个切片都可独立地按照业务场景的需要和话务模型进行网络功能的定制裁剪和相应网络资源的编排管理，是5G新型网络架构的实例化。
网络切片打通了业务场景、网络功能和基础设施平台间的适配接口。通过网络功能和协议定制，网络切片为不同业务场景提供所匹配的网络功能。同时，网络切片使网络资源与部署位置解耦，支持切片资源动态扩容缩容调整，提高网络服务的灵活性和资源利用率。切片的资源隔离特性增强了整体网络的健壮性和可靠性。
二
网络切片技术架构及关键技术
网络切片是网络功能虚拟化（NFV）应用于5G阶段的关键特征。网络切片架构主要包括切片管理和切片选择两项功能。切片管理功能有机串联商务运营、虚拟化资源平台和网管系统，为不同切片需求方（如垂直行业用户、虚拟运营商和企业用户等）提供安全隔离、高度自控的专用逻辑网络。
切片管理功能包含3个阶段：商务设计阶段、实例编排阶段和运行管理阶段。切片选择功能实现用户终端与网络切片间的接入映射。切片选择功能综合业务签约和功能特性等多种因素，为用户终端提供了合适的切片接入选择。用户终端可以分别接入不同切片，也可以同时接入多个切片。用户同时接入多切片的场景形成独立架构和共享架构，独立架构就是不同切片在逻辑资源和逻辑功能上完全隔离，只在物理资源上共享，每个切片包含完整的控制面和用户面功能；共享架构即在多个切片间共享部分的网络功能。
网络切片技术主要基于NFV（网络功能虚拟化）和SDN（软件定义网络）技术实现。
NFV：利用虚拟化技术，通过NFVO（NFVOrchestrator，NFV编排器），为网络应用分配所需的虚拟资源（虚拟计算、存储、网络），并将应用自动部署到数据中心的虚拟机上；站在应用角度，分配给应用的虚拟机和网络资源都是专用的。
SDN：利用控制和转发分离理念，将网络控制能力集中到SDN 控制器（SDN Controller）上，由SDN Controller控制每种业务的IP转发路径，并保证每种业务都能得到相应的QoS保障。
云数据中心：为业务实时动态提供业务所需的VNF所需的计算、存储、网络资源。
VIM（Virtual Infrastructure Management）：管理数据中心的虚拟化资源和物理基础设施，分配虚拟机并监控虚拟机的状态。
SDN 控制器：监控管理范围内的转发设备状态，确定每个业务流的转发路径和处理策略；主要指广域网（连接不同数据中心、连接接入网）IP传输的SDN Controller；数据中心内也可能采用SDN技术，这种情况下的数据中心的SDNController由数据中心的VIM管理，不需要对外呈现。
VNFM：VNF Manager即VNF管理器，负责VNF生命周期管理，在Orchestrator的指导下，和VIM配合将VNF部署到相应的虚拟机上。VNF，虚拟化的网络应用，部署在数据中心上的网络切片内的应用就是一种VNF。
NFVO：NFV编排器，负责业务生命周期管理，并管理全局跨域（跨数据中心、广域网传输、接入网）资源，根据业务需求，选择适合的虚拟化资源。
三
国内外网络切片技术专利情况
1、网络切片技术全球专利分布概况
截至2016年12月，共检索到网络切片技术相关全球专利1178件。如图1所示，全球网络切片技术在2013年以前还未形成规模化的专利申请态势，随着网络虚拟化技术快速发展，以及5G标准化的全面推进，2014年出现了爆发性的增长，较上年增加了一倍，预计后续还将会维持增长趋势（2015、2016年申请量的下降是专利申请公开期限所导致）。
图1 全球网络切片专利年度申请量历年变化情况
网络切片技术相关专利布局重点区域主要有美国、中国、WIPO、欧洲、韩国和日本。其中，美国和中国是主要的专利申请受理国，是网络切片技术相关专利保护的重点区域，分别约占全球相关专利总受理量的31%和27%（见图2）。
图2 网络切片专利在全球主要国家和地区的分布情况
2、网络切片技术中国专利分布概况
截至2016年12月，共检索到网络切片技术相关在华专利325件。如图3所示，从专利申请量上看，我国的网络切片技术还处于起步阶段，最早的专利申请出现在2008年，随着业界对5G研究的全面展开并逐步深入，近年来5G国际标准化工作全面推进，从2013开始出现一定规模的专利申请量，并在2014年呈爆发性的增长，预计后续还将会维持增长趋势（2015、2016 年申请量的下降是专利申请公开期限所导致）。
图3 网络切片技术中国专利年度申请量历年变化情况
3、重点技术分支在华专利分析（见图4）
图4 网络切片在华专利申请技术分布情况
网络切片技术主要基于NFV（网络功能虚拟化）和SDN（软件定义网络）技术实现，而在与网络切片管理和选择功能密切相关的现有关键技术上，VNFM、SDN控制器、NFVO（编排器）3 个技术分支的专利申请最多，其次是VIM和云数据中心。
（1）网络切片功能
从网络切片的架构上看，切片管理功能主要包含商务设计、实例编排和运行管理，从应用的角度上来说，实现网络切片架构对应的各种解决方案中，NFVO编排器、SDN控制器属于最关键的技术。
NFVO编排器的专利申请覆盖了全局资源管理、虚拟机分配部署、IP传输路径选择等切片创建流程。
SDN控制器专利申请持有人相对分散，但是关键技术点的专利部署较为完善，主要涉及云数据中心资源分配、端到端节点的转发路径处理、业务流路径故障恢复等问题。
除此之外，在实例化、网络拓扑设计、资源分配、运行管理过程中的容灾告警故障等重点方向也已经部署了一定数量的专利申请。
专利申请《虚拟化网络功能VNF优化方法、装置及系统》提出了提高VNF实例化成功率的解决方案；其另一件专利申请《一种发现拓扑网络的方法及网络设备》提出了VNFM网络拓扑设计的方法。
专利申请《一种虚拟网络实例的创建方法以及设备》覆盖了虚拟网络实例的创建过程；2014—2015 年间有多件专利关于改善业务集群资源的分配效率，通过合理地部署业务，使业务能够有效地利用物理资源。
专利申请《告警处理方法、装置、NMS、OSS及EMS》根据告警信息确定发生告警的VNF和VM，结合获取到的来自NFVO的物理资源告警进行告警关联性分析处理，达到了在网络功能虚拟化后对告警的关联性分析，从而确定发生故障的根本原因的效果。
（2）网络切片概念与架构
相比而言，国内明确提出网络切片底层基础概念与整体架构实现方案类的专利申请较少，目前只有十来件。
最早，在2009年，就有专利中就提到了业务分片和按需组网的概念。
2012 年，专利申请CN201280024773.2《通过OPENFLOW数据平面在云计算机中实现EPC》中，提出了用于EPC的多个“控制平面”概念，这里的“控制平面”从功能和结构上来看指的就是网络切片，该网络切片概念是基于虚拟化演进分组核心网（EPC）通过在云平台上灵活地部署多个虚拟EPC 网络切片，服务于不同的个性化需求，并拥有可扩展性和冗余性（见图5）。
图5 专利申请附图
四
总结
五
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