信息技术领域中 5G 网络切片技术的资源调度优化与安全隔离机制研究

一、引言

随着 5G 网络商用化加速，其技术特性成数字经济发展重要引擎。不同垂直行业网络服务需求差异大，网络切片技术可按需分配资源、逻辑隔离，为各行业定制专属网络服务。截至 2024 年底，我国 5G 网络切片相关专利申请量占全球 45% ，但实际应用中，资源调度不合理、安全隔离不足等问题频发，制约其规模化落地，因此研究资源调度优化策略与安全隔离机制意义重大。

二、5G 网络切片技术的资源调度与安全隔离现存问题

（一）资源调度面临的核心挑战

首先，资源分配不均衡、利用率低。当前多采用静态分配模式，难以适应行业动态需求，如工业互联网不同时期资源需求差异大，导致资源不足或闲置，整体利用率不足 50% 。其次，跨切片资源干扰严重。多个切片共享物理网络，突发流量易占用其他切片资源，使切片性能下降，如智慧城区安防监控切片会挤压工业控制切片带宽。最后，调度决策缺乏智能性。传统调度算法目标单一，未考虑切片 SLA 需求，且人工参与比例高、响应慢，无法应对动态资源调整。

（二）安全隔离机制存在的短板

一是物理资源隔离不彻底。部分切片仅逻辑划分资源，物理硬件仍共享，硬件故障或被攻击会引发连锁反应，如核心网服务器被入侵会使多个切片面临数据泄露风险。二是数据与信令安全防护不足。切片间数据传输和信令交互缺乏严格访问控制，会出现数据越界访问、信令伪造等问题，威胁交通安全、导致资源误分配。三是安全管理体系分散。不同切片安全策略独立制定，缺乏统一平台，安全漏洞难协同修复、攻击事件难溯源，且切片生命周期安全管控缺失，易出现隔离漏洞。

三、5G 网络切片的资源调度优化策略

（一）基于人工智能的动态资源调度算法

融合强化学习的智能调度模型：构建以“ 切片 SLA 达标率最高、资源利用率最优” 为双目标的强化学习模型，以网络状态为状态空间，资源调整策略为动作空间，SLA 达标情况与资源利用率为奖励函数。经训练，模型可自主学习调度策略，实现资源实时优化分配，如为工业控制切片优先分配边缘计算节点资源。

基于联邦学习的分布式调度协同：采用联邦学习技术，在不共享各切片隐私数据的情况下，实现边缘节点与核心网间调度模型协同训练。边缘节点训练子模型并上传参数至核心网聚合优化，再下发优化后的模型，保障数据隐私并实现全局资源协同调度。

基于预测的前瞻性资源调度：用 LSTM 神经网络分析历史切片资源需求数据，预测未来资源需求趋势，提前预留与调整资源，如根据车联网切片早晚高峰数据提前分配基站资源。

（二）面向 SLA 的差异化资源调度机制

建立切片优先级分级体系：根据垂直行业应用重要性与 SLA 要求，将切片分为核心级、重要级、普通级三个等级。核心级切片资源调度优先级最高，普通级切片可动态释放闲置资源。

引入资源弹性伸缩技术：基于容器化与虚拟化技术，实现切片资源毫秒级弹性伸缩。切片资源需求增长时自动扩容，需求下降时自动回收冗余资源，如直播切片可在 1 秒内完成边缘节点计算资源扩容。

四、5G 网络切片的安全隔离机制构建

（一）“ 物理 - 逻辑 - 协议” 三层隔离体系

物理层隔离：采用 “ 硬切片” 技术，为核心级切片分配独立的物理硬件资源，如专属服务器、基站信道与传输链路，避免与其他切片共享物理资源，从根本上杜绝物理层资源干扰与安全风险。对于普通级切片，采用物理资源分区隔离，通过硬件虚拟化技术划分独立的资源分区，限制分区间的资源访问。

逻辑层隔离：基于软件定义网络（SDN）与网络功能虚拟化（NFV）技术，为每个切片构建独立的逻辑网络拓扑，通过 SDN 控制器实现切片路由的隔离控制，防止切片间的路由交叉。同时，采用虚拟专用网络（VPN）技术加密切片内的数据传输，确保数据在逻辑层面的隔离安全。

协议层隔离：在切片间的接口协议中增加安全认证与访问控制模块，采用区块链技术实现切片身份的去中心化认证，确保只有授权切片才能进行数据与信令交互。同时，采用差分隐私技术对切片传输的数据进行脱敏处理，防止敏感信息泄露。

（二）全生命周期安全管理机制

切片创建阶段：建立安全准入机制，对切片的资源需求、用户身份、安全策略进行严格审核，只有符合安全标准的切片才能创建；同时，为切片分配唯一的安全标识，用于全生命周期的安全管控。

切片运行阶段：部署网络入侵检测系统（NIDS）与异常行为分析系统，实时监控切片的资源使用、数据传输与信令交互情况，一旦发现异常攻击行为（如 DDoS 攻击、数据越界访问），立即触发安全隔离措施，如切断攻击链路、冻结异常切片资源。

切片调整与删除阶段：在切片资源调整过程中，同步更新安全隔离策略，避免调整过程中出现安全漏洞；在切片删除时，彻底清除切片的所有数据与配置信息，销毁相关的虚拟资源，防止残留数据被非法利用。

（三）统一安全管理平台构建

搭建 5G 网络切片统一安全管理平台，整合各切片的安全策略、漏洞信息、攻击事件数据，实现安全状态的集中可视化监控。平台具备安全漏洞协同修复、攻击事件快速溯源、安全策略统一推送等功能，当某一切片发现新的安全漏洞时，平台可立即向其他相关切片推送修复方案，形成 “ 一处预警、全网防护” 的协同安全机制。

五、结论

5G 网络切片的资源调度优化与安全隔离是实现其技术价值的核心保障。通过融合人工智能技术构建动态、智能、差异化的资源调度体系，可显著提升网络资源利用率与切片服务质量；通过构建 “ 物理 - 逻辑 - 协议” 三层隔离体系与全生命周期安全管理机制，能有效防范切片间的安全风险。未来，随着 6G 技术研发的推进与垂直行业应用的深化，还需进一步探索空天地一体化网络环境下的切片资源调度策略，以及量子加密、AI驱动的智能安全防护技术，持续完善 5G 网络切片的资源与安全管理体系，为数字经济的高质量发展提供更坚实的网络支撑。

参考文献

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