關(guān)于5G切片端到端的研究

摘 要 5G切片技術(shù)的引入，使運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的專(zhuān)用電信網(wǎng)向通用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的轉(zhuǎn)變成為可能。本文從客戶(hù)對(duì)切片網(wǎng)絡(luò)的需求角度出發(fā)，研究分析了從終端到核心網(wǎng)端到端切片網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、所用到的關(guān)鍵技術(shù)，以及切片相關(guān)的實(shí)現(xiàn)流程。

關(guān)鍵詞 切片;隔離;編排;微服務(wù)FlexE S-NSSAI

背景概述

當(dāng)前移動(dòng)2C用戶(hù)已經(jīng)飽和，行業(yè)/企業(yè)領(lǐng)域還是一片藍(lán)海。切片技術(shù)將使運(yùn)營(yíng)商能夠按照企業(yè)/行業(yè)需求提供滿(mǎn)足要求的管道，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)達(dá)到商業(yè)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的專(zhuān)用電信網(wǎng)向通用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的轉(zhuǎn)變。切片的根本驅(qū)動(dòng)力是用IT的思想來(lái)驅(qū)動(dòng)CT，使行業(yè)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化及ICT融合。

3GPP明確一個(gè)切片由用于支持特定用例的一組邏輯網(wǎng)絡(luò)功能組成，按照運(yùn)營(yíng)商需要的方式，將終端引導(dǎo)接入正確的切片。網(wǎng)絡(luò)切片支持一個(gè)特定的連接類(lèi)型的通信服務(wù)，并為這個(gè)服務(wù)提供控制面和用戶(hù)面特定的處理方法。

1客戶(hù)對(duì)切片網(wǎng)絡(luò)的需求

從客戶(hù)角度，理論上本身是不需感知切片網(wǎng)絡(luò)，只是提業(yè)務(wù)訴求;不同客戶(hù)的業(yè)務(wù)訴求層次不同，層次越高需要的資源越多，從技術(shù)和商業(yè)模式的實(shí)現(xiàn)成本越高，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)而言，就需要考慮通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片有效的去解決這個(gè)差異化問(wèn)題。

大部分客戶(hù)對(duì)切片網(wǎng)絡(luò)切片的需求是運(yùn)營(yíng)隔離服務(wù)而不是網(wǎng)絡(luò)隔離;而運(yùn)營(yíng)商更關(guān)心的是如何實(shí)現(xiàn)集成承載各類(lèi)客戶(hù)的不同需求;最終切片網(wǎng)絡(luò)也就出現(xiàn)兩種表現(xiàn)形式：

（1）基于租戶(hù)定制：類(lèi)似電網(wǎng)這種有特別需求的。

（2）基于業(yè)務(wù)性質(zhì)：類(lèi)似NBIOT，由相同業(yè)務(wù)性質(zhì)的用戶(hù)共享。

2端到端切片網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

切片不僅僅是和核心網(wǎng)相關(guān)，還涉及無(wú)線、承載，是個(gè)端到端的解決方案。可以從下面的網(wǎng)絡(luò)切片管理總體架構(gòu)對(duì)切片有個(gè)宏觀的認(rèn)識(shí)。

2.1 核心網(wǎng)

核心網(wǎng)的NFV和微服務(wù)化架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)靈活切片的基礎(chǔ)。核心網(wǎng)切片架構(gòu)可按服務(wù)等級(jí)大概分為完全共享、用戶(hù)面獨(dú)立、獨(dú)立切片三種形態(tài)，提供從低到高的隔離度和差異性;無(wú)論是按哪種形態(tài)，本質(zhì)上在核心網(wǎng)切的不是網(wǎng)絡(luò)功能，而是下面的計(jì)算資源;服務(wù)等級(jí)越高，組網(wǎng)復(fù)雜度也會(huì)越來(lái)越高，共享主機(jī)組計(jì)算資源粒度已無(wú)法滿(mǎn)足要求，需要配置獨(dú)立主機(jī)組，計(jì)算資源的利用率也會(huì)隨之降低。

基于原生云化的服務(wù)化架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配、網(wǎng)絡(luò)功能靈活編排。微服務(wù)是應(yīng)對(duì)5G業(yè)務(wù)敏捷的基礎(chǔ)技術(shù)，而容器技術(shù)則是微服務(wù)的最佳承載。

2.2 傳輸承載網(wǎng)

對(duì)于承載傳輸，天生就是基于網(wǎng)絡(luò)資源層面切片實(shí)現(xiàn)的，可以同時(shí)支持VLAN QoS的調(diào)度軟隔離，以及FlexE交叉/OTN的硬隔離。

作為一項(xiàng)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，F(xiàn)lexE技術(shù)是在MAC層PCS層之間增加FlexE Shim層，基于Calendar分發(fā)機(jī)制在物理層上傳輸。FlexE技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)接口分片，即在一個(gè)物理接口上分片出多個(gè)邏輯接口。

同一個(gè)物理端口，承載不同業(yè)務(wù)時(shí)，通過(guò)FlexE Shim層分發(fā)到不同的子MAC，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)之間的隔離;物理端口帶寬不夠時(shí)，通過(guò)FlexE Shim層分發(fā)到多個(gè)物理端口，實(shí)現(xiàn)端口的捆綁功能。

基于時(shí)隙調(diào)度的FlexE硬管道實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格按帶寬的分配和隔離;單個(gè)FlexE硬管道內(nèi)不同用戶(hù)/業(yè)務(wù)使用FlexE子接口實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)調(diào)度體現(xiàn)差異。

2.3 無(wú)線接入網(wǎng)

5G RAN實(shí)現(xiàn)切片的方法主要有3種：

（1）無(wú)頻譜隔離，QoS優(yōu)先級(jí)調(diào)度

所有切片用戶(hù)均能接入，不做資源預(yù)留;不同業(yè)務(wù)（切片）通過(guò)配置不同的目標(biāo)速率（QoS體現(xiàn)）以差異化優(yōu)先級(jí)方式共享頻譜資源，高優(yōu)先級(jí)切片的用戶(hù)可優(yōu)先占用RB資源。

（2）頻譜分割，RB隔離

所有切片用戶(hù)均能接入，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求配置切片組，并預(yù)留RB資源給對(duì)應(yīng)的切片組，同切片組的RB資源可以是彼此隔離的。同切片保留頻譜會(huì)導(dǎo)致頻譜碎片化，頻譜利用率下降;可共載波亦可不同載波配置。

（3）頻譜隔離，載波隔離

不同的切片用戶(hù)接入不同載波，將不同（類(lèi)型的）業(yè)務(wù)切片組劃分到不同的載波承載;不同頻點(diǎn)具備差異化的承載硬能力（吞吐率，時(shí)延等），在每個(gè)頻點(diǎn)、片用戶(hù)間仍可通過(guò)不同的調(diào)度優(yōu)先級(jí)體現(xiàn)差異化。

2.4 終端

終端是支持切片端到端的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)，這里的終端包括了手機(jī)、CPE和內(nèi)嵌通信模組的行業(yè)設(shè)備。終端支持切片需要至少明確三方面能力：

（1）支持32bit的切片標(biāo)識(shí)S-NSSAI（8bit的SST和24bit的SD），以便運(yùn)營(yíng)商據(jù)此標(biāo)識(shí)租戶(hù)、業(yè)務(wù)等信息

（2）支持運(yùn)營(yíng)商規(guī)定的最小可附著的切片數(shù)，協(xié)議要求是最多可以同時(shí)附著在8個(gè)切片上

（3）支持URSP，URSP的細(xì)則需要結(jié)合切片商品設(shè)計(jì)、切片用戶(hù)需求進(jìn)行細(xì)則設(shè)計(jì)，并逐步更新、優(yōu)化

3切片流程

（1）PCF把UE 路由選擇策略通過(guò)AMF發(fā)給UE，UE用來(lái)關(guān)聯(lián)APP-ID和S-NSSAI（切片ID）。

（2）UE創(chuàng)建PDU會(huì)話時(shí)，根據(jù)URSP選擇APP對(duì)應(yīng)的S-NSSAI，SMF分配對(duì)應(yīng)的UPF，同時(shí)gNB通過(guò)配置將S-NSSAI映射到不同的Vlan子接口（Vlan ID）。

（3）不同的Vlan子接口在承載網(wǎng)綁定不同的分片VPN，然后VPN 綁定隧道，最后隧道綁定FlexE，承載網(wǎng)和核心網(wǎng)側(cè)的互通流程也類(lèi)似，實(shí)現(xiàn)E2E 的切片互通。

4結(jié)束語(yǔ)

切片，除了對(duì)I層技術(shù)提出需求，特別是核心網(wǎng)領(lǐng)域之外，更本質(zhì)的是運(yùn)營(yíng)管理技術(shù)的創(chuàng)新。切片從商業(yè)角度看是典型的端管云協(xié)同的執(zhí)行，同時(shí)產(chǎn)生了新的商業(yè)角色和商業(yè)生態(tài)，甚至切片產(chǎn)業(yè)推進(jìn)的真正核心力量從角色上是云提供商，而不是運(yùn)營(yíng)商。

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作者簡(jiǎn)介

趙懷民（1980-），男，山東人，畢業(yè)院校：西北大學(xué)，專(zhuān)業(yè)：電信專(zhuān)業(yè)，學(xué)歷：本科;現(xiàn)就職單位：中國(guó)電信北京公司，研究方向：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化。