5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)和關(guān)鍵問題分析

5G網(wǎng)絡(luò)切片是5G 獨(dú)立組網(wǎng)（SA）的標(biāo)志性技術(shù)之一，也是5G賦能垂直行業(yè)的重要利器。2020年我國運(yùn)營商、研究機(jī)構(gòu)、設(shè)備商和產(chǎn)業(yè)各界全面啟動(dòng)了5G網(wǎng)絡(luò)切片的系列技術(shù)規(guī)范研制、切片管理系統(tǒng)研發(fā)、端到端測(cè)試驗(yàn)證和行業(yè)應(yīng)用試點(diǎn)工作。由于端到端網(wǎng)絡(luò)切片涉及面向行業(yè)客戶的業(yè)務(wù)運(yùn)營、多專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同規(guī)劃以及管理和運(yùn)維等多方面工作，因此需要聯(lián)合研究和解決一些關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用問題，從而推動(dòng)5G+垂直行業(yè)融合業(yè)務(wù)的應(yīng)用推廣。

5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)和關(guān)鍵問題分析

5G網(wǎng)絡(luò)切片是提供特定網(wǎng)絡(luò)能力的端到端邏輯專用網(wǎng)絡(luò)，由無線（AN）、承載（TN）和核心網(wǎng)（CN）3個(gè)專業(yè)的子網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例組成。網(wǎng)絡(luò)切片在業(yè)務(wù)域需實(shí)現(xiàn)AN-TN以及TN-CN之間在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面的對(duì)接標(biāo)識(shí)互通和端到端服務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA）保障。網(wǎng)絡(luò)切片的管理域分為3層，通信服務(wù)管理功能（CSMF）與運(yùn)營商的業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)（BSS）集成在一起，負(fù)責(zé)切片業(yè)務(wù)運(yùn)營；網(wǎng)絡(luò)切片管理功能（NSMF）和運(yùn)營支撐系統(tǒng)（OSS）一起配合實(shí)現(xiàn)端到端網(wǎng)絡(luò)切片的規(guī)劃、部署和運(yùn)維功能；各專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)子切片管理功能（NSSMF）分別與各自的管控系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)絡(luò)切片的管理和運(yùn)維。

為了支撐5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片面向廣大垂直行業(yè)的規(guī)模應(yīng)用，業(yè)界需重點(diǎn)推動(dòng)兩方面工作：一是在業(yè)務(wù)域?qū)崿F(xiàn)各子域的網(wǎng)絡(luò)切片對(duì)接標(biāo)識(shí)和優(yōu)先級(jí)等信息互通，并支撐管理域?qū)崿F(xiàn)端到端SLA性能指標(biāo)的分解和保障；二是在管理域?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的協(xié)同規(guī)劃和管控運(yùn)維，需重點(diǎn)推動(dòng)NSMF功能規(guī)范和系統(tǒng)研發(fā)，以及NSMF與各專業(yè)NSSMF之間的標(biāo)準(zhǔn)北向接口（NBI）及其信息模型的統(tǒng)一，從而實(shí)現(xiàn)切片全生命周期的管理運(yùn)維并推動(dòng)AN-TN-CN的異廠家互通。

為推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作，2019年12月，CCSA成立了5G網(wǎng)絡(luò)端到端切片特設(shè)項(xiàng)目組，目前已召開五次工作組會(huì)議，審議通過了《5G網(wǎng)絡(luò)切片 端到端總體技術(shù)要求》、《5G網(wǎng)絡(luò)切片 基于切片分組網(wǎng)絡(luò)（SPN）承載的端到端切片對(duì)接技術(shù)要求》、《5G網(wǎng)絡(luò)切片 基于IP承載的端到端切片對(duì)接技術(shù)要求》三項(xiàng)行標(biāo)送審稿和《5G網(wǎng)絡(luò)切片 服務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA）保障技術(shù)要求》的征求意見稿，并正在開展《5G網(wǎng)絡(luò)端到端切片標(biāo)識(shí)研究》和《5G網(wǎng)絡(luò)切片SLA控制技術(shù)研究》兩項(xiàng)課題。

通過分析近期開展的5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片測(cè)試驗(yàn)證情況，各廠家的網(wǎng)絡(luò)切片協(xié)同管控功能還處于初級(jí)階段，需重點(diǎn)解決以下三大關(guān)鍵問題，才能提升切片業(yè)務(wù)快速開通和端到端SLA保障等業(yè)務(wù)運(yùn)營能力，全力支撐5G+垂直行業(yè)的應(yīng)用推廣。

第一，推動(dòng)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)切片的動(dòng)態(tài)資源規(guī)劃和自動(dòng)編排能力。目前支持情況是根據(jù)業(yè)務(wù)的SLA需求，采用在NSMF上人工選擇事先規(guī)劃好的切片模板方式實(shí)現(xiàn)靜態(tài)規(guī)劃和編排，或者手工輸入切片業(yè)務(wù)的最大并發(fā)連接數(shù)、帶寬、時(shí)延、隔離需求和可靠性等性能指標(biāo)參數(shù)，并且這些參數(shù)配置并不能與承載網(wǎng)絡(luò)資源的相關(guān)帶寬配置和真實(shí)的時(shí)延性能匹配。后續(xù)應(yīng)推動(dòng)開發(fā)支持網(wǎng)絡(luò)沙箱仿真系統(tǒng)和SLA性能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的智能分析功能，來支撐各類切片模板的動(dòng)態(tài)規(guī)劃和自動(dòng)編排能力。

第二，推動(dòng)統(tǒng)一規(guī)范NSMF和TN-NSSMF之間標(biāo)準(zhǔn)北向接口功能要求和信息模型。目前該接口沒有可參考的國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，主要是各運(yùn)營商協(xié)同設(shè)備商來規(guī)范NSMF和TN-NSSMF功能規(guī)范以及之間的北向接口信息模型，CCSA的相關(guān)TC和5G網(wǎng)絡(luò)切片特設(shè)組已在今年陸續(xù)推動(dòng)相關(guān)行標(biāo)研制，后續(xù)需加強(qiáng)協(xié)調(diào)，統(tǒng)一規(guī)范共性功能要求和接口規(guī)范，有利于產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。

第三，支持端到端時(shí)延等SLA指標(biāo)科學(xué)分解和網(wǎng)絡(luò)切片性能的智能化運(yùn)維能力。對(duì)于工業(yè)控制和車聯(lián)網(wǎng)等要求確定性低時(shí)延和高可靠性的垂直行業(yè)客戶，需要結(jié)合業(yè)務(wù)的源宿節(jié)點(diǎn)涉及的承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，利用網(wǎng)絡(luò)層和業(yè)務(wù)層OAM實(shí)現(xiàn)高精度的單向時(shí)延等性能監(jiān)測(cè)，來評(píng)估承載子網(wǎng)絡(luò)切片的時(shí)延實(shí)際滿足業(yè)務(wù)情況，從而實(shí)現(xiàn)端到端時(shí)延指標(biāo)的科學(xué)有效分解。目前端到端網(wǎng)絡(luò)切片的測(cè)試主要依賴5G手機(jī)終端和核心網(wǎng)之間FTP下載等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來驗(yàn)證帶寬和時(shí)延性能，測(cè)量結(jié)果受無線空口環(huán)境影響較大，并且缺乏跨域無線、承載和核心網(wǎng)的端到端OAM機(jī)制實(shí)現(xiàn)性能監(jiān)測(cè)。因此需提升端到端切片性能監(jiān)測(cè)和智能化運(yùn)維能力，推動(dòng)開發(fā)端到端高精度的OAM機(jī)制和性能測(cè)試工具來驗(yàn)證不同隔離特性、優(yōu)先級(jí)和保護(hù)方案配置的網(wǎng)絡(luò)切片配置對(duì)各類5G業(yè)務(wù)性能的影響，更好支撐端到端SLA保障。

支撐5G+垂直行業(yè)的承載網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)和服務(wù)類型

為了支撐面向5G+垂直行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)，基于SPN的5G承載網(wǎng)絡(luò)正在推動(dòng)開發(fā)和增強(qiáng)的關(guān)鍵技術(shù)包括以下4個(gè)方面。

一是支持不同資源隔離特性。5G承載網(wǎng)絡(luò)切片資源分為預(yù)配置的網(wǎng)絡(luò)接口資源和按需配置的VPN業(yè)務(wù)資源。FlexE/MTN接口和MTN通道具備硬隔離特性，分組隧道、VPN和QoS調(diào)度屬于軟隔離，兩種資源可以一對(duì)一專用，也可以一對(duì)多復(fù)用。

二是支持靈活帶寬調(diào)整能力。根據(jù)業(yè)務(wù)需求提供支持不同顆粒度的網(wǎng)絡(luò)帶寬配置，并支持在線帶寬調(diào)整以及高精度的時(shí)延、丟包等性能監(jiān)測(cè)能力；針對(duì)垂直行業(yè)中10Mbit/s~100Mbit/s帶寬需求的工業(yè)控制等高隔離和高可靠性業(yè)務(wù)需求，需要推動(dòng)承載網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一開發(fā)支持N×10Mbit/s~100Mbit/s的小顆粒技術(shù)方案，并支撐現(xiàn)網(wǎng)平滑升級(jí)演進(jìn)。

三是具備確定性低時(shí)延特性。對(duì)于采用MTN接口和MTN通道的TDM時(shí)隙隔離的網(wǎng)絡(luò)切片，在入口不擁塞情況下，接入?yún)R聚和核心的SPN設(shè)備分別具有小于3us或10us轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延和小于1us的抖動(dòng)性能。對(duì)于采用分組隧道的VPN+QoS軟顆粒的網(wǎng)絡(luò)切片，可增強(qiáng)QoS隊(duì)列調(diào)度機(jī)制和IEEE 802.1的TSN技術(shù)方案，提升分組轉(zhuǎn)發(fā)的確定性時(shí)延性能。

四是按需提供高可靠性。承載網(wǎng)絡(luò)支持多種小于50ms的電信級(jí)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)和抗多點(diǎn)故障的秒級(jí)動(dòng)態(tài)路由恢復(fù)技術(shù)，對(duì)于提出99.9999%超高可靠性要求的智能電網(wǎng)、工業(yè)控制和車聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)，需要綜合配置多種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、設(shè)備和關(guān)鍵板卡的冗余保護(hù)方案來實(shí)現(xiàn)超高可靠性保障。

承載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)重點(diǎn)提升切片資源的按需動(dòng)態(tài)配置和智能化運(yùn)維能力，為行業(yè)客戶提供與其SLA相匹配的優(yōu)享、專享和尊享級(jí)別SPN承載網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)類型，具體如表1所示。

5G+智能電網(wǎng)的SPN網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)用方案

5G+智能電網(wǎng)主要分為電力生產(chǎn)控制類Ⅰ區(qū)、生產(chǎn)非控制類Ⅱ區(qū)、生產(chǎn)信息類Ⅲ區(qū)和信息管理類Ⅳ區(qū)共四大類業(yè)務(wù)，具體業(yè)務(wù)包括配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)、同步相量測(cè)量（PMU）、智能化的配電自動(dòng)化、用電負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)、智能巡檢和設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。按照其四大類業(yè)務(wù)的承載需求特性和典型組網(wǎng)，給出了5G+智能電網(wǎng)的SPN承載網(wǎng)絡(luò)切片組網(wǎng)應(yīng)用方案。

5G+智能電網(wǎng)的SPN網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用方案建議如表2所示。一方面，按照電網(wǎng)的分區(qū)隔離要求，電網(wǎng)I、II區(qū)和Ⅲ、Ⅳ區(qū)業(yè)務(wù)分別采用兩個(gè)FlexE/MTN通道實(shí)現(xiàn)硬切片隔離，為5G終端、繼電保護(hù)設(shè)備到5GC-U（電力專用）提供高安全隔離、確定性低時(shí)延和低抖動(dòng)等SLA性能保障；另一方面，電力視頻監(jiān)控和信息采集是電網(wǎng)的重要信息管理類業(yè)務(wù)，通過專享切片中不同的專用VPN承載，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)之間的軟隔離，不同VPN業(yè)務(wù)間可通過優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)QoS調(diào)度，保障高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的帶寬和時(shí)延性能。

5G網(wǎng)絡(luò)切片重點(diǎn)推動(dòng)工作建議

5G網(wǎng)絡(luò)端到端切片服務(wù)能力需持續(xù)提升，重點(diǎn)推動(dòng)各專業(yè)協(xié)同拉通自動(dòng)化配置流程、SLA指標(biāo)分解、SLA監(jiān)測(cè)保障和智能化運(yùn)維能力，并與垂直行業(yè)應(yīng)用需求密切結(jié)合，提出功能易用、性能可靠和運(yùn)維方便的網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)業(yè)務(wù)。5G承載網(wǎng)絡(luò)需重點(diǎn)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)切片資源的動(dòng)態(tài)規(guī)劃和差異化SLA配置模板設(shè)計(jì)，特別是面向確定性低時(shí)延和超高可靠要求的生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)，要推進(jìn)研發(fā)支持小顆粒硬管道技術(shù)、高精準(zhǔn)時(shí)延和丟包性能監(jiān)測(cè)、業(yè)務(wù)無損保護(hù)和智能化運(yùn)維保障等重點(diǎn)工作，協(xié)同推動(dòng)技術(shù)方案的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化、芯片和設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化及規(guī)模商用進(jìn)程，支撐5G網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)成為賦能垂直行業(yè)發(fā)展的重要利器。
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