5G端到端切片SLA行業(yè)需求研究

2020年9月23日，在2020年華為全連接大會上，中國信息通信研究院（以下簡稱“中國信通院”）發(fā)布了《5G端到端切片SLA行業(yè)需求研究》。

來源：5G產(chǎn)業(yè)圈

5G網(wǎng)絡切片是5G服務垂直行業(yè)的關鍵切入點，SLA作為切片服務提供商和切片用戶之間的業(yè)務保障協(xié)議，將在5G行業(yè)應用拓展和商業(yè)化中發(fā)揮關鍵作用。

如何定義和劃分不同等級的SLA（服務等級協(xié)議）對網(wǎng)絡切片至關重要，而目前，大多數(shù)行業(yè)客戶對網(wǎng)絡切片沒有清晰的認識，需要通信企業(yè)和行業(yè)用戶共同進行探索，而且切片管理與服務需求的平衡是一個很大的挑戰(zhàn)。

本報告從行業(yè)視角研究應用企業(yè)對于5G切片業(yè)務的SLA需求，并結合業(yè)界常用的SLA相關標準，首次定義了 “行業(yè)對聯(lián)接SLA需求的馬斯洛模型”，從“業(yè)務可用、安全可信、自主可控”三個維度系統(tǒng)性描繪了聯(lián)接SLA的分級體系。

研究背景和意義

1發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題5G不僅是移動通信技術的一次代際躍遷，更將成為行業(yè)應用創(chuàng)新的“主陣地”。 與歷屆移動通信技術主要滿足“人人互聯(lián)”通信需求相比，5G更重視人與物、物與物的通信需求，更多聚焦于為垂直行業(yè)賦能賦智，加速開啟“萬物互聯(lián)”新時代。 5G網(wǎng)絡切片將共享的物理基礎設施切割成了多個獨立的虛擬網(wǎng)絡，為不同業(yè)務提供獨立運行、相互隔離的定制化專用網(wǎng)絡服務，是5G服務垂直行業(yè)的關鍵切入點。工業(yè)、醫(yī)療、能源等行業(yè)應用方對5G切片技術表現(xiàn)出極大的熱情，希望借此推動業(yè)務模式創(chuàng)新，促進產(chǎn)業(yè)轉型升級。 5G網(wǎng)絡切片的技術標準和網(wǎng)絡基礎基本就緒。 5G網(wǎng)絡切片作為一個按需定制的端到端的邏輯網(wǎng)絡涉及無線、傳輸、核心網(wǎng)和管理域，在今年7月凍結的3GPP R16版本中，5G網(wǎng)絡切片已經(jīng)初步實現(xiàn) eMBB和uRLLC類切片的基本功能和基本流程的定義，為第一波5G部署和網(wǎng)絡切片業(yè)務商用奠定了堅實基礎。 與此同時，5G SA網(wǎng)絡初步商用，為端到端網(wǎng)絡切片技術的應用創(chuàng)造了基礎條件。今年我國四大運營商5G網(wǎng)絡建設均以SA獨立組網(wǎng)方式為主，全面推進5G SA網(wǎng)絡商用步伐。 中國電信預計于今年9月開展5G SA商用，經(jīng)過一年時間測試調整后可開展規(guī)?；逃茫恢袊?lián)通也于今年第三季度啟動5G SA公測計劃，當前正在招募公測用戶；中國移動計劃今年第四季度實現(xiàn)SA成熟。深圳全面完成了 5G SA 組網(wǎng)，累計建成超過4.6萬個5G基站，網(wǎng)絡建設步入了第二個階段，各種各樣的5G行業(yè)應用落地將成為當前的重點。 5G網(wǎng)絡切片SLA等級劃分對規(guī)模商用至關重要，而目前還沒有清晰的定義。 由于網(wǎng)絡切片面向不同行業(yè)及場景提供不同網(wǎng)絡能力的組合，如何定義和劃分不同等級的SLA（服務等級協(xié)議）對網(wǎng)絡切片服務的提供者以及消費者都至關重要，然而目前對切片進行SLA等級劃分還面臨多方面的問題。 首先，在行業(yè)用戶方面，雖然部分行業(yè)應用場景已經(jīng)基于SA網(wǎng)絡開展了一些試驗，但大多數(shù)行業(yè)客戶對網(wǎng)絡切片能力并沒有清晰的認識，不清楚網(wǎng)絡切片如何與自身的行業(yè)應用場景相匹配、切片所能夠帶來的商業(yè)價值以及如何選購切片。 其次，在運營商方面，5G切片SLA等級劃分涉及行業(yè)應用場景眾多且各行業(yè)專業(yè)性強，需要通信企業(yè)與行業(yè)客戶進行大量的共同探索研究，需要行業(yè)龍頭企業(yè)深度參與切片SLA等級標準的定義和劃分。 最后，在切片管理方面，切片的劃分并非越多越好，如何達到運營管理復雜度與客戶需求多樣性之間的平衡是一個很大挑戰(zhàn)，能夠同時滿足服務雙方的清晰的SLA規(guī)范和服務質量管理流程需要通過市場的多次驗證和更新迭代才可以完成。 2研究意義

5G行業(yè)融合應用已經(jīng)進入到關鍵探索期，研究如何對5G網(wǎng)絡切片SLA等級劃分是加快5G網(wǎng)絡切片在各行業(yè)落地應用和規(guī)模推廣的重要前提，對行業(yè)用戶、運營商、政府（行業(yè)主管部門）都有積極而深遠的意義。

5G網(wǎng)絡切片SLA等級劃分幫助行業(yè)用戶了解切片并利用好切片。 用戶對網(wǎng)絡切片的了解需要一定的認知過程，清晰的SLA指標有助于行業(yè)用戶直觀感受到網(wǎng)絡切片所能提供的服務類別及其差別，并參考SLA標準所定義的服務等級，選擇適合自己行業(yè)業(yè)務特性的網(wǎng)絡切片服務，從而降低了行業(yè)間溝通的壁壘，推進5G融合應用的落地，讓行業(yè)用戶早日享受5G技術所帶來的紅利。 5G 網(wǎng)絡切片SLA等級劃分能有效提高運營商服務行業(yè)用戶的能力。 首先，運營商在參與SLA標準制定過程中可以更深入的了解行業(yè)對5G的應用需求，制定出符合大部分行業(yè)需求的網(wǎng)絡切片服務。 其次，SLA標準有助于降低運營商的運營成本。運營商基于不同的SLA標準制定靈活的差別化定價服務，提供可協(xié)商服務價格和保障等級的溝通平臺，有助于在滿足行業(yè)客戶多樣化定制網(wǎng)絡需求和降低5G運維成本之間達到有效的平衡。 最后，SLA標準可提升運營商切片的服務質量。運營商借助切片SLA管理平臺，可以為大量行業(yè)應用提供5G網(wǎng)絡切片服務，同時能夠精準地控制單個切片的服務質量。 5G網(wǎng)絡切片SLA等級劃分為行業(yè)主管部門提供決策參考。

一是為政策監(jiān)管的研究提供判斷標準和參考依據(jù)。各行業(yè)對安全要求較高，5G應用于各行業(yè)需要從行業(yè)管理頂層制定5G網(wǎng)絡、終端、數(shù)據(jù)方面的安全技術指標，需要建立通信行業(yè)與各行業(yè)的安全認證對接機制。

若要將5G作為行業(yè)用網(wǎng)的可選技術之一，在技術指標制定過程中，政府需要參考5G網(wǎng)絡能力的量化指標和行業(yè)標準，清晰的SLA等級指標將是一個重要參考。

二是為構建產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)"聯(lián)接力"的評估體系奠定基礎。通過SLA分級，可以量化行業(yè)數(shù)字化的聯(lián)接能力，用于國家評估行業(yè)數(shù)字化的實際效果，分析存在的短板和調整投資方向。 綜上，清晰的SLA等級劃分是千行百業(yè)和5G技術之間的溝通橋，是5G端到端切片滿足各行業(yè)多樣化差異化通信能力要求并且邁向規(guī)?；虡I(yè)運營的第一步。充分了解各行業(yè)的5G業(yè)務需求及其對5G網(wǎng)絡切片的確定性SLA要求，并支撐客戶確定性的聯(lián)接體驗，是現(xiàn)階段的重要工作。 5G端到端切片的典型網(wǎng)絡架構

5G網(wǎng)絡切片在3GPP TS23.501中已經(jīng)定義，通過將物理網(wǎng)絡切分為多個邏輯網(wǎng)絡實現(xiàn)一網(wǎng)多用，使運營商能夠在一個物理網(wǎng)絡之上構建多個專用的、虛擬的、隔離的、按需定制的邏輯網(wǎng)絡，來滿足不同行業(yè)用戶對網(wǎng)絡能力的不同需求（如時延，帶寬，連接數(shù)等）。 5G網(wǎng)絡切片需要基于SA網(wǎng)絡架構實現(xiàn)。3GPP R15協(xié)議基于5G SA架構定義了切片標識和E2E標識用戶群，說明了切片如何使能差異化。通常只有復雜的網(wǎng)絡和終端配置才能實現(xiàn)對某類用戶群的差異化，而2G/3G/4G/5G NSA 等協(xié)議缺少E2E統(tǒng)一標識某類用戶群的手段。 5G網(wǎng)絡切片是端到端的架構設計，包含多個子域，且涉及管理面、控制面和用戶面等三個層面。

1端到端切片管理架構

主要包含以下幾個關鍵部件∶ CSMF(Communication Service Management Function）是切片設計的入口。將承接業(yè)務系統(tǒng)的需求轉化為端到端網(wǎng)絡切片需求，并傳遞到 NSMF 進行網(wǎng)絡設計。CSMF功能一般由運營商BSS改造提供。 NSMF(Network Slice ManagementFunction)負責端到端的切片管理與設計。得到端到端網(wǎng)絡切片需求后，NSMF產(chǎn)生一個切片的實例，根據(jù)各子域/子網(wǎng)的能力，進行分解和組合，將對子域/子網(wǎng)的部署需求傳遞到NSSMF。NSMF功能一般由跨域切片管理器提供。 NSSMF(Network Slice Subnet Management Function）負責子域/子網(wǎng)的切片管理與設計。核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和無線網(wǎng)均有各自的NSSMF。

NSSMF將子域/子網(wǎng)的能力上報到NSMF，當獲得NSMF的分解部署需求后，實現(xiàn)子域/子網(wǎng)內的自治部署和使能，并在運行過程中，對子域/子網(wǎng)的切片網(wǎng)絡進行管理和監(jiān)控。 通過CSMF、NSMF 和 NSSMF 的分解與協(xié)同，完成端到端切片網(wǎng)絡的設計和實例化部署。端到端切片的全生命周期管理，包括切片實例創(chuàng)建、監(jiān)控、釋放，如分解網(wǎng)絡需求到無線網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)各單域，完成切片E2E配置收集各單域信息，匯總形成切片級統(tǒng)計指標，隨后進行可視化呈現(xiàn)；與BSS系統(tǒng)集成支持行業(yè)切片模板設計和上線。 25G切片端到端網(wǎng)絡技術典型實現(xiàn)方案

端到端5G網(wǎng)絡切片包含無線網(wǎng)切片、核心網(wǎng)切片和傳輸網(wǎng)切片三部分∶無線網(wǎng)切片 無線的切片資源包括空口資源（頻譜、小區(qū)），設備資源（AAU、BBU資源）;切分方式包括硬切（資源隔離）、軟切（資源搶占）。

例如∶在空口資源調度時，能做資源預留（某段空口時頻資源給某切片專用，資源隔離）、基于優(yōu)先級的資源搶占（高優(yōu)先切片搶占低優(yōu)先級切片的空口資源）、基于切片業(yè)務容量的空口資源保障和限額等。在設備資源調度時，設備資源如CPU、內存、隊列等資源被某切片專用或基于切片優(yōu)先級搶占式的共享使用。 無線網(wǎng)絡切片技術實現(xiàn)節(jié)奏上分為兩個階段。第一階段主要完成無線網(wǎng)絡對切片的感知，打通終端接入切片網(wǎng)絡的端到端流程，支持切片級優(yōu)先級（即對切片內用戶群設定的群優(yōu)先級），如對高優(yōu)先級切片內用戶設定最低保障速率，對低優(yōu)先級切片內用戶設定最大速率；在網(wǎng)絡擁塞時，高優(yōu)先級切片內用戶可搶占低優(yōu)先級切片內用戶的資源。 第二階段不同的切片可根據(jù)業(yè)務需求選擇各自最適合的PHY/MAC/RLC/PDCP無線協(xié)議棧。

對于uRLLC切片，為保證業(yè)務低時延及高可靠，PHY層采用低時延優(yōu)化的編碼方式，MAC層采用HARQ盲重傳，RLC層不采用確認模式；對于eMBB切片，為保證大帶寬，PHY層采用大負荷優(yōu)化的編碼方式，MAC層采用HARQ重傳，RLC層采用確認模式;對于 mMTC切片，為保證深度覆蓋及低功耗，PHY層采用覆蓋增加及能耗優(yōu)化的編碼方式，MAC層采用多次HARQ重傳來提供深度覆蓋，數(shù)據(jù)面采用Data over NAS信令面?zhèn)鬏敺绞健?br />
無線切片第一階段技術已經(jīng)成熟，第二階段還在探索中。核心網(wǎng)切片 SA網(wǎng)絡架構下，核心網(wǎng)的各網(wǎng)絡功能被化整為零，拆分成眾多細顆粒的模塊化組件，微服務就是5GC核心網(wǎng)網(wǎng)絡功能的最小模塊化組件。核心網(wǎng)切片實現(xiàn)如下∶ 微服務按業(yè)務需求不同，進行靈活編排，形成不同的切片。如FWA切片，固定終端不需要部署移動性管理，需要部署CPE接入管理，另外考慮到FWA上承載的IPTV業(yè)務，需要部署IPTV組播功能;如uRLLC類切片，因為低時延高可靠性的要求，會話管理中需要增加1+1熱備份功能，用戶面功能增加低時延轉發(fā)/時延監(jiān)控等功能。

根據(jù)時延或帶寬等需求不同，切片的微服務可以靈活部署在網(wǎng)絡的不同位置。如FWA切片，因為對于時延不敏感，F(xiàn)WA切片對應的核心網(wǎng)微服務都可以部署在核心數(shù)據(jù)中心；而對于uRLLC類切片，因為低時延的要求，切片的用戶面微服務必須就近部署在邊緣數(shù)據(jù)中心。對于時延不敏感的信令面微服務，如接入移動性管理以及會話管理功能可按要求部署在核心數(shù)據(jù)中心或區(qū)域數(shù)據(jù)中心。 各微服務可被不同切片獨占或共享。獨占模式相當于每個切片各有一套核心網(wǎng)，彼此之間互不影響;或者部分共享部分獨占，如某些微服務可以被多個切片共享（如統(tǒng)一的用戶接入鑒權管理、統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一的用戶策略管理），而其他微服務（移動性管理、會話管理、用戶面功能等）每個切片獨自各有一套。

傳輸網(wǎng)切片 傳輸網(wǎng)切片的實現(xiàn)分為轉發(fā)面和控制面兩個層面，轉發(fā)面有光層/IP層硬管道（物理隔離），IP層軟管道（層次化 QOS調度）；控制面實現(xiàn)各切片間不同的邏輯拓撲以及智能選路。 轉發(fā)面軟硬管道隔離∶光層硬管道∶通過為不同的業(yè)務分配不同的波長（A或者單波長內不同的ODUk（光通道數(shù)據(jù)單元，即一個波長內不同的時隙單元），實現(xiàn)各切片的光傳輸資源獨占和業(yè)務隔離; IP層硬管道∶采用FlexE（靈活以太）技術實現(xiàn)不同切片分配獨享的接口資源，實現(xiàn)基于硬管道的業(yè)務隔離（FlexE技術∶Ethernet接口的物理層劃分時隙，MAC層靈活選擇一個或多個時隙組成可變帶寬的接口，例如在5*40G的接口上提供20個10G的帶寬）；

IP層軟管道∶通過TE隧道技術（TE∶Traffic Engineering，通過在每個路由器節(jié)點上配置控制協(xié)議協(xié)商鏈路帶寬，實現(xiàn)邏輯隧道上各個節(jié)點的帶寬預留）構建軟管道為不同的業(yè)務切片分配鏈路帶寬資源，通過HQos（層次化QOS∶采用多級調度的方式，精細區(qū)分不同用戶和不同業(yè)務的流量，提供區(qū)分的帶寬管理）實現(xiàn)不同用戶不同業(yè)務流量的優(yōu)先級調度。 35G切片的產(chǎn)業(yè)節(jié)奏

由于切片基于5G SA架構實現(xiàn)，因此切片的商用落地需要運營商、設備商和垂直行業(yè)進行緊密的聯(lián)合技術驗證和商業(yè)創(chuàng)新，商用落地節(jié)奏預計如下∶ 1）2020年-2022年，隨著2020年5GSA商用，未來1-2年將逐步成熟，少數(shù)對 SLA有強烈需求的行業(yè)將率先在切片領域進行創(chuàng)新探索，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧醫(yī)療、智能電網(wǎng)、AR/VR/游戲、遠程教育等。 2）2023年及以后，隨著5G切片技術的進一步成熟，將會有更多的行業(yè)選擇切片服務。我國在5G切片目前處于領先位置，2018年巴塞羅那世界移動通信大會上，中國移動、華為、德國電信、Fraunhofer FOKUS、國家電網(wǎng)、中國電力科學研究院、騰訊、意大利電信、大眾以及數(shù)字王國宣布成立5G切片聯(lián)盟。經(jīng)過兩年的探索，中國運營商在VR直播切片、游戲切片、智能電網(wǎng)切片和智能油田切片等多領域都已經(jīng)進行了大量實踐，5G切片技術已經(jīng)逐步走向成熟。 5G端到端SLA分級建議

1SLA指標參考

SLA：雙方正式協(xié)商達成的協(xié)議，有時也稱為服務水平保證。它是服務提供商和客戶之間的合同（或合同的一部分），旨在建立對服務、優(yōu)先級、責任等的共同理解。 規(guī)范（SLS）:可以看做是SLA的技術組件和指標，用來定義納入SLA指標參數(shù)以及相關門限值。 目前，業(yè)界提出了一些SLA相關標準，結合GSMA與3GPP標準，5G切片的SLA指標主要包括"用戶帶寬、時延、包可靠、吞吐率、定位精度、隔離度等"。

2行業(yè)SLA需求的馬斯洛模型

通過對現(xiàn)有標準的梳理和行業(yè)用戶需求的調研，我們進行歸納總結后，認為企業(yè)對于網(wǎng)絡的需求存在"馬斯洛模型"，基本層級是從基礎的業(yè)務可用，到安全可信，再到自主可控。

35G切片SLA分級建議

4SLA調色板具體分級建議

單用戶帶寬等級 該指標可以通過在UE側或server側進行灌包測試進行驗收，也可以統(tǒng)計規(guī)定時間內切片業(yè)務成功傳輸數(shù)據(jù)進行計算驗收。

時延等級 該指標可以通過在UE側或server側進行ping包測試進行驗收，統(tǒng)計數(shù)據(jù)包的RTT時延。

隔離等級 該指標需要測試某業(yè)務切片在背景切片的影響。如視頻監(jiān)控切片在背景切片影響下，用戶速率無影響，則為物理隔離，否則為邏輯隔離。

管理等級 該指標通過在UE側或server側操作管理界面驗收，根據(jù)是否提供對應功能進行判斷。

SLA調色板在典型行業(yè)的需求分析

1醫(yī)療行業(yè)

目前5G+醫(yī)療健康領域主要開展的應用包括三大類： 一是基于圖像與視頻實時交互的診斷指導類應用，比如實時遠程會診，無線手術示教等； 二是基于力反饋總下可的遠程操控類應用，比如遠程機器人手術等； 三是基于無線采集類的監(jiān)測與護理類應用，比如無線輸液、移動護理、患者實時位置監(jiān)測等。 另一方面，從醫(yī)療機構的使用場景來看，可將5G智慧醫(yī)療應用分院前、院內、院間三大主要場景，全方位賦能醫(yī)療行業(yè)。

醫(yī)療行業(yè)SLA標準分級可分為三大類∶基于圖像與視頻實時交互的診斷指導類切片、基于力反饋的遠程操控類切片、基于無線采集的監(jiān)測與護理類切片。

2制造行業(yè)

5G在工業(yè)制造行業(yè)的深入應用已成為產(chǎn)業(yè)界探索的重要方向。5G融合云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術。賦能離散型和流程型等工業(yè)行業(yè)，在設計、制造、質檢、運維、安全等關鍵環(huán)節(jié)，形成了協(xié)同設計、仿真驗證、輔助裝配、精準操控、柔性加工、視覺檢測、遠程維護、無人巡檢等典型應用場景，降本、提質、增效作用初步顯現(xiàn)。

制造行業(yè)SLA標準分級可分為三大類∶基于上行高帶寬的外圍輔助類切片、基于海量信息采集的輔助生產(chǎn)類切片、基于高可靠精準控制的核心生產(chǎn)類切片。

3電力行業(yè)

電力系統(tǒng)包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電五大環(huán)節(jié)，5G憑借其技術優(yōu)勢已應用于電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，助力清潔友好的發(fā)電、安全高效的輸變電、靈活可靠的配電、多樣互動的用電，加速電網(wǎng)數(shù)字化轉型升級進程。

對于發(fā)電、輸電、變電這三大環(huán)節(jié)，5G技術主要以移動巡檢、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等新型業(yè)務方式增強電力系統(tǒng)管理能力。在配電環(huán)節(jié)，5G技術將有效推動配電自動化、柔性化轉型。 一方面，通過提升配電設備數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化水平，實現(xiàn)配電網(wǎng)設備可管可控，并提升控制的精細化水平；

另一方面，通過5G實現(xiàn)分布式能源泛在接入和智能化管理，保障配網(wǎng)穩(wěn)定。在用電環(huán)節(jié)，5G助力用電端向服務化、智能化方向發(fā)展，例如通過支持階梯電價、實時電價等業(yè)務實現(xiàn)精準預測用電需求，并提升供需協(xié)同。從目前的應用業(yè)務的發(fā)展情況看，5G技術對配電和用電環(huán)節(jié)業(yè)務影響較大，變革趨勢較為明顯。 電力行業(yè)SLA標準分級可分為三大類∶基于高清視頻的巡檢類切片、基于低時延的電網(wǎng)控制類切片、基于無線采集的監(jiān)測類切片。

發(fā)展建議

SLA作為切片服務提供商和切片用戶之間的業(yè)務保障協(xié)議，將在5G行業(yè)應用拓展和商業(yè)化中發(fā)揮關鍵作用。為了推動5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和5G切片SLA分級進一步落地，我們提出以下幾方面的建議。 一是呼吁各方積極參與SLA研究。 目前的SLA研究工作主要以通信運營商和設備商為主，而5G融合應用涉及行業(yè)眾多，各行業(yè)專業(yè)性強，需要垂直行業(yè)的龍頭企業(yè)加大參與力度，通過深入溝通了解切片對行業(yè)的商業(yè)價值，共同探討下一步研究工作。

二是加快基于SLA網(wǎng)絡切片的測試驗證。 目前SLA定義網(wǎng)絡切片還處于理論性探索階段，SLA等級劃分離某些行業(yè)的真正落地還有一定的距離，需要結合行業(yè)大量反復的5G應用試驗去判斷和調整，并進一步優(yōu)化SLA的參數(shù)指標，推動標準化相關工作。 三是加速5G切片SLA商業(yè)落地。 通過SLA產(chǎn)業(yè)各方的參與，共同探索5G切片的商業(yè)模式，加快產(chǎn)品研發(fā)，降低行業(yè)間溝通的壁壘，推進5G融合應用的落地，讓行業(yè)用戶早日享受5G技術所帶來的紅利。 部分內容如下：

原文標題：中國信通院 |《5G端到端切片SLA行業(yè)需求研究》（附下載）

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