5G網絡切片技術在國家電網中的應用探討

梁雪梅

【摘? 要】首先介紹了網絡切片的概念和端到端切片生命周期管理架構，然后分析了電力行業被選作首個垂直行業實施切片試驗的原因，探討了幾種典型業務場景的具體需求和相應的切片部署架構，最后對網絡切片的標準化進展、后續需研究的技術重點進行了闡述。研究表明，以國家電網為代表，5G網絡切片技術可以使能垂直行業。

【摘? 要】網絡切片;端到端切片生命周期管理架構;業務隔離;比特+瓦特

1? ?引言

ITU為5G定義了三大主要應用場景：一是增強型移動寬帶（eMBB），其具有大帶寬、廣覆蓋的特點，用戶體驗速率可達到100Mb/s～1Gb/s，可以實現超高清視頻、虛擬現實、增強現實和高速移動環境的極致體驗;二是大規模機器類型通信（mMTC），具有低功耗、大連接的特點，能支持每平方公里100萬的連接，實現高密度的人與物、物與物之間的信息交互，助力物聯網新變革;三是超可靠和低時延通信（uRLLC），具有低時延、高可靠的特點，5G毫秒級的接入時延堪稱無人駕駛、工業自動控制、手術機器人的神助手。

可以說，任何一個場景都可以看作是這三大主要應用場景的加權之和，實現了這三大主要應用場景的通信需求，就可以實現任何一個場景的通信需求。

2? ?網絡切片的概念

作為5G移動通信的關鍵技術之一，網絡切片一直倍受關注。基于虛擬化技術，將一張5G物理網絡在邏輯上切割成多張虛擬的端到端網絡。每張虛擬網絡之間，包括網絡內的核心網、承載網、無線網，都是相互隔離的，都是邏輯獨立的，任何一張虛擬網絡發生故障時都不會影響到其它虛擬網絡。

5G的“網絡切片”技術根據應用、場景、需求進行網絡資源的管理編排，進行網絡功能的裁剪定制，為客戶自動化提供“量身定制”的“專屬”虛擬網絡，可以滿足差異化SLA（Service Level Agreement，服務等級協議）服務的QoS需求，可以保證不同垂直行業、不同客戶、不同場景、不同業務之間的安全隔離，實現NaaS（Network as a Service，網絡即服務）。

3? ?5G端到端切片生命周期管理架構

根據3GPP規范，5G端到端切片生命周期管理架構如圖2所示：

5G端到端切片生命周期管理架構包括的關鍵網元功能如下：

（1）CSMF（Communication Service Management Function，通信服務管理功能）。切片設計的入口，承接各種業務應用需求（如速率、時延、容量、覆蓋率、QoS、安全性等），轉化成端到端網絡切片需求，下發到NSMF進行網絡切片設計。

（2）NSMF（Network Slice Management Function，網絡切片管理功能）。負責NSI（Network Slice Instance，網絡切片實例）的管理，接收CSMF對網絡切片的需求后，產生一個切片實例，將它轉化成對網絡子切片的需求，下發到NSSMF。在網絡切片生命周期管理過程中，需要協同核心網、承載網和無線網等多個子網時，由NSMF進行協同。NSMF除了負責網絡切片模板設計、網絡切片實例的創建、激活、修改、停用、終止以外，還負責對網絡切片的運營管理，包括故障管理、性能管理、配置管理、策略管理、自動重配置、自動優化、協同管理等。

（3）NSSMF（Network Slice Subnet Management Function，網絡子切片管理功能）。負責NSSI（Network Slice Subnet Instance，網絡子切片實例）的管理，接收NSMF對網絡子切片的需求，將它轉換為對網絡功能的需求。

NSSMF包括CN-NSSMF（Core Network-Network Slice Subnet Management Function，核心網子切片管理功能）、TN-NSSMF（Transport Network-Network Slice Subnet Management Function，承載網子切片管理功能）和AN-NSSMF（Access Network-Network Slice Subnet Management Function，無線網子切片管理功能）。

CN-NSSMF主要負責5G核心網子切片實例的管理和編排，承接NSMF對子切片的管理和編排要求，調用核心網的MANO（Management & Orchestration，管理編排器）和EMS（Element Management System，網元管理系統）進行子切片的管理編排和參數配置。CN-NSSMF的功能包括子切片模板設計、子切片實例的創建/修改/終止、容量管理、故障管理、性能管理、配置管理、自動優化、協同管理等。

TN-NSSMF主要負責5G承載網子切片實例的管理和編排，承接NSMF對子切片的管理和編排要求，調用承載網的SDNO（SDN Orchestrator，SDN編排器）/SDNC（SDN Controller，SDN控制器）和EMS進行子切片的管理編排和參數配置。TN-NSSMF的功能包括：子切片模板設計、子切片實例的創建/修改/終止、資源管理、故障管理、性能管理、配置管理、自動優化、協同管理等。

關于AN-NSSMF，對于能夠虛擬化部署的網元（如CU等），可以按MANO模式進行編排管理。但是由于基站和空口如何進行切片尚未形成定論，AN-NSSMF如何進行管理還在討論之中。

總之，CSMF、NSMF和NSSMF三者之間協同合作，實現端到端網絡切片的設計和實例化部署。

4? ?網絡切片在國家電網公司的典型應用