按需軟定義的面向多業務的網絡切片

徐岱 中興通訊5G產品團隊資深系統架構師

鄭芳庭 中興通訊核心網產品團隊資深研發經理

方亞東 中興通訊網管系統部資深研發經理

程賓 中興通訊5G產品團隊5G產品經理

姚強 中興通訊5G產品團隊5G規劃總工程師

按需軟定義的面向多業務的網絡切片

徐岱 中興通訊5G產品團隊資深系統架構師

鄭芳庭 中興通訊核心網產品團隊資深研發經理

方亞東 中興通訊網管系統部資深研發經理

程賓 中興通訊5G產品團隊5G產品經理

姚強 中興通訊5G產品團隊5G規劃總工程師

提出了按需的、軟定義的面向多業務的網絡切片。可以有效支持面向多業務的軟件定義基礎設施，幫助移動運營商在競爭激烈的基于服務的市場上，通過利用網絡切片來提升自身利潤率，并可開放給第三方應用及服務的商業伙伴。

網絡切片；NFV；SDN；按需編排

1 引言

繼空口關鍵技術以優異的性能表現通過驗證后，中興通訊5G網絡側關鍵技術再次率先完成5G國家試驗一階段測試。由工信部主導的本次測試共包含4部分內容：控制與承載分離、網絡功能重構、端到端網絡切片和移動邊緣計算技術（MEC）。

5G的高速率、低時延、大連接、頻譜效率提升等諸多業務模式，對既有的網絡架構和網元形態提出了全新挑戰。中興通訊所構建的5G網絡具備通用化、虛擬化等特征，以用戶為中心、以業務為出發點，支持靈活定制、動態部署、自適應伸縮。自研通用處理硬件，以數據中心技術為依托，構建虛化的通用資源池；并在公司統一的ICT融合PaaS平臺基礎上，將網絡功能從網元設備中解耦，針對不同用戶的業務需求，將虛擬化的網絡功能靈活部署在網絡的不同位置。

中興通訊構建的這套5G網絡架構原型系統具備以下特點：是一個完全基于虛擬化容器技術的5G網絡，是一個支持多數據中心分布式部署的5G網絡，同時也是一個核心網和接入網同時虛擬化共部署的5G網絡。

在網絡切片關鍵技術的測試中，通過這套系統中興通訊完整地展示了支持構建多種業務的網絡切片：高速率大吞吐率、低時延高可靠、大連接等，以及對于網絡切片的靈活、便捷的生命周期管理全過程，包括實例化、更新、遷移、共享、自適應的彈性伸縮，以及刪除切片、智能運維監控等。在不同場景下對多種業務特性均能構成有力支撐，為未來通信商用網絡架構演進打下了堅實的基礎。

2 網絡切片的概念

2.1 為什么引入網絡切片

5G需求和場景多樣，不同的場景對網絡的功能、性能有不同的需求。在傳統的以人為中心的單一的網絡基礎上，繼續進行融合和優化已經不能滿足千差萬別的5G需求了，并且有些優化和需求在不同的場景之間可能還相互矛盾。比如，URLLC需要提供超實時高可靠服務，mMTC則要求海量的連接數，但是數據量比較小，xMBB則要求高帶寬、大數據量的服務。而如果每一種場景都建設專網，又會增加建網和運營成本，造成大量的資源浪費。所以，5G引入網絡切片，不同的切片既能針對不同的需求場景進行定義，又能共享相同的基礎設施，達到既充分利用資源又滿足不同的需求。

2.2 什么是網絡切片

隨著NFV、SDN、SON的技術發展，使得為不同的業務需求構建不同的虛機網絡成為可能。而網絡切片以NFV、SDN、SON技術為基礎，是實現按需組網的關鍵技術，也是5G網絡架構的關鍵技術。網絡切片是在公共物理基礎設施上，針對特定的商業模式，運行的多個端到端的邏輯網絡。邏輯網絡之間是隔離的、安全

的，可以根據業務的特性進行功能的定制化和裁剪，靈活可擴展性好。

運用網絡切片技術，可以對運營商以及第三方的業務需求和網絡切片進行智能映射，通過智能知識庫系統，完成網絡運行狀況、SLA、業務需求的動態轉換。同時，可以對網絡功能進行動態的編排和部署，實現即插即用。比如：不需要移動性場景的mMTC，可以裁剪掉移動性功能和用戶面功能；URLLC為了保證低時延高可靠則需要對數據轉發功能進行特別的優化，保證可靠連接，同時可以部署在近端。

網絡切片是一組網絡功能以及帶有特定無線配置和傳輸配置的集合，可以為運營商在同一套物理設備上提供多個端到端的虛擬網絡。這些網絡功能可以靈活部署在網絡的任何節點（例如接入節點、邊緣節點、或者核心節點），以便適配運營商期望的任何商業模式。

3 網絡切片的解決方案

本文所提出的這種分層的網絡架構由以下部分組成：軟件定義基礎設施（Software Defined Infrastructure，SDI）、軟件定義網絡功能（Software Defined Network Function，SDNF）、軟件定義網絡切片（Software Defined Infrastructure，SDNS）、軟件定義服務接口（Software Defined Service Interface，SDSI）。圖1呈現了這個架構的全貌。

3.1 軟定義的基礎設施

軟定義的基礎設置層包含2個域：物理資源域和虛擬資源域。網絡功能的虛擬化在SDI層中實現。SDI與ETIS提出的NFVI（NFV Infrastructure）功能相同，并且與虛擬機（VirtualMachine，VM）技術中的用來交互連接各種虛擬功能（VirtualFunctions，VF）云數據中心（CloudDataCenter）類似。這些虛擬功能與虛擬化的通信網絡節點相對應，而這些節點可以是邊緣節點、接入節點、核心節點，或者是虛擬化組網節點（如交換機、路由器等）、虛擬化計算節點、虛擬化存儲節點等。這些節點形成了虛擬化基礎設施資源。

這些虛擬化資源依據資源類型形成不同的資源池。這些資源池將被重新組合形成包含不同虛擬資源的復合資源池，用以特定的應用和服務。

虛擬基礎設施管理層（Virtual Infrastructure Managers，VIMs）通過開放的API接口與NFVO進行協同，來控制和管理虛擬基礎設施資源（物理資源或者邏輯資源），分配資源（共享的或者專用的），搜集和發布性能測量和事件。所有這些可以增值功能的形式商用，以“基礎設施即服務”（Infrastructure as a Service，IaaS）的方式通過SDSI向第三方業務合作方提

供。圖2和3呈現了SDI的概貌和其所包含的主要技術功能。

圖1 網絡架構圖

圖2 SDI功能架構概覽

圖3 SDI關鍵技術

3.2 軟定義的網絡功能

軟定義的網絡功能在業務使能層，這一層提供兩個層次的功能。首先提供一個電信云執行環境，有一些共享的服務，比如通信，數據庫，監控等，我們預制了這些服務在這個執行環境里。在這之上，提供一個模塊化網絡功能的倉庫，在這里，網絡功能都是以模板的方式存儲。當上層應用需要提供網絡切片服務的時候，可以調用這些預制的服務，以及編排網絡功能形成新的服務，再通過SDI和VIM部署網絡功能到相應的基礎設施上（如無線接入節點，業務邊緣節點或者核心節點）。圖4呈現了支持“電信平臺即服務”（Telecom Platform as a Service，PaaS）的SDNF架構。

3.3 軟定義的服務接口

為了成功地將網絡業務商用化，對開放API的支持至關重要。SDSI是一種軟件定義的API，能在三方業務合作伙伴和移動運營商間進行安全、靈活的通信。該軟件定義的API允許第三方業務合作伙伴對API進行定制化來滿足自身的應用和服務于需求。通過SDSI，移動運營商能支持IaaS、PaaS、NaaS等由SDI、SDNF和SDNS提供的功能。

3.4 軟定義的網絡切片

軟定義的網絡切片在業務應用層，這一層可以幫助運營商或者第三方業務合作伙伴來設計編排以及部署所需要的網絡切片。如支持高吞吐量、大速率的eMBB切片。網絡切片藍圖給出了網絡功能的組合、業務流、資源、運營商策略和網絡切片配置的清單，以及如何實例化，以及根據移動運營商的業務模型和策略（如SLA）來修改網絡切片的流程。網絡切片模板如圖5所示。

SDNS負責維護網絡切片藍圖的知識庫，并通過

SDSI與第三方業務伙伴溝通。根據第三方業務伙伴與移動運營商之間達成的優先服務協定與策略，當有一個新的應用需求的時候，并不一定需要重新生成一個網絡切片藍圖，這個需求可能會通過修改調整一個已存在的網絡切片來滿足。另一方面，第三方業務伙伴也可定制化網絡切片藍圖來滿足自身應用/服務的特定需求。

圖4 SDNF功能架構概覽

圖5 網絡切片模板

還有一種可能性，第三方業務伙伴可能會要求一個不同的網絡業務，從而要求一個不同的網絡切片實例，但新的網絡切片實例可能被允許共享某些網絡功能或資源給其他網絡切片。無論如何，共享或者專用的網絡功能取決于移動運營商與業務伙伴之間的業務協定（如SLA）。

軟定義網絡切片的編排是指按照業務伙伴的服務需求，軟定義網絡切片的編排模塊進行SLA的映射，并根據已有網絡切片的實際情況，智能地將服務需求映射到已有切片或者新的切片。網絡切片的編排對于資源進行全局的管理和使用，將網絡切片進行自動化的部署。

網絡切片的管理是指網絡切片的管理模塊對于網絡切片的部署和運行過程進行全方位的監控，監控網絡切片的資源占用情況、運行KPI等，并能夠根據資源占用情況和運行KPI等關鍵指標進行網絡切片的彈性處理以及進行服務到切片的重新映射、關鍵指標的監控以及由其觸發的管理動作形成閉環，對切片的正常運行和SLA指標形成保障。

4 結束語

本文描述了網絡切片作為一項重要的使能技術如何幫助移動運營商從如今的整體網絡架構改變為靈活的，以NFV為基礎的切片網絡架構。這個轉換減少了網絡在支持多樣功能（例如機器到機器、人和人、增強型的移動寬帶流量）時需要的CAPEX和OPEX，同樣把利潤點開放給可以提供網絡功能的第三方應用及服務的商業伙伴。

[1]A Deliverable by the NGMN Alliance.NGMN 5G White Paper.https://www.ngmn.org/uploads/media NGMN5G_ White_Paper_V1_0.pdf.

[2]Published ETSI NFV White Paper.https://portal.etsi.org/ NFV/NFV_White_Paper.pdf;https://portal.etsi.org/NFV/ NFV_White_Paper2.pdf;https://portal.etsi.org/NFV/ NFV_White_Paper3.pdf.

[3]Network Store:Exploring Slicing in Future 5G Networks. https://www.eurecom.fr/en/publication/4641/download/cm-publi-4641.pdf.

[4]The 5G Infrastructure Public Private Partnership(5G PPP). http://superfluidity.eu/wp-content/uploads/5GPPP-brochuredraft02.pdf.

[5]3GPP TS 23.401.General Packet Radio Service(GPRS) Enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)access.

[6]3GPP TR 23.799.Study on Architecture for Next Generation System.

An on demand,software defined and services oriented network slice architecture

XU Dai,ZHENG Fangting,FANG Yadong,CHENG Bin,YAO Qiang

An on demand,software defined and services oriented network slice architecture was introduced in this paper. It completely supports versatile services based on software defined infrastructure,helps mobile operators improve their own profit margins in the competitive services oriented market,and also could expose the whole network to third party applications and business partners.

network slice;netwrok function virtualization;software defined network;orchestration on demand

2016-10-25）