解析5G网络切片

【编者按】2021年7月24日，由江苏省未来网络创新研究院主办、SDNLAB承办的2021中国5G网络创新论坛上，5G网络切片作为近期行业发展备受关注的主题之一，被多位嘉宾谈及。我们对此进行了整理，以飨读者。

在互联网诞生的50年中，技术已经改变了我们的企业、关系和社会本身，而未来五年技术带来的变化可能会跟过去50年一样多。“4G改变生活，5G改变社会”，5G凭借大带宽、低时延&高可靠性、海量连接等技术特性以及在网络架构上的灵活性，高度契合垂直行业专网的需求。5G专网在网络覆盖性、技术演进、业务质量、移动业务的连接性、综合成本等方面具有综合性优势，是构建数字化基础设施的最佳选择。

由于需要面向点位分散的高价值个人用户以及千变万化的垂直行业用户，提供差异化信号传输服务，因此5G网络必须做到“一专多能”，而5G网络切片技术则是打造5G网络多元化和差异化服务能力的神兵利器。网络切片和边缘计算助力运营商业务从toC市场向toB市场扩展，实现5G最大价值。

5G网络切片业务需求

对于高价值个人用户来说，XR视频业务需要更高的网络指标：传输速率从现有的5-10Mbps高清视频，到100-500Mbps的Cloud XR，再到1Gbps的XR-Pro，速率要求提升了百倍；时延由现有的50ms无交互游戏，到20ms单人交互游戏，再到5ms的多人交互游戏，传输时延降低到百分之十。根据预测，视频像素分辨率每10年提升10倍，速率需求提升10倍。

对于此类要求超高带宽和超低时延的高价值用户，必须要在纷乱复杂的公众客户网络中，“切”出一块相对独立的网络，满足XR视频业务需求。

对于行业用户，产业数字化需求对数字化网络功能提出了五大新要求：灵活定制、安全可靠、自主运维、云网协同、应用集成，这些要求均与网络切片有不同程度上的关联。在网络能力上也提出了多维极限能力要求(Gbps上行、ms级时延、5个9可靠性）。

在工业互联网中，为了提升检测精度和效率，需要采用高精度摄像机实时采集并回传生产线产品图片，例如对于工业相机2D检测来说，上行带宽需满足100Mbps；对于机器视觉3D AI检测，上行带宽需满足1-5Gbps。

下一代车联网络需要承载全景影像、实时测距传感器输入等业务，尤其是当刹车、转向等关键功能依赖网络来传输指令时，网络需要10ms以下的时延、0.2ms以下的发包抖动、99.999%的可用率。

在物联网应用中，业务对网络的时延要求和带宽要求不高，但是终端连接数量巨大，例如对于大型物流仓储中心，为了准确识别物品的类型、位置等信息，需要将每一个物品通信设备纳入网络中，要求每千平米2000+设备高密部署，通信稳定可靠。

综上可以看出，个人用户、工业互联网、车联网以及物联网等不同行业，对网络的需求各不相同，需要引入网络切片技术满足各行业不同的“胃口”。

5G网络切片技术介绍

在“2021中国5G网络创新论坛”上，我们由中国电信研究院未来网络中心主任雷波的演讲中获知，5G网络切片专线产品有如下四个特点：

1. 业务端到端隔离：基于网络切片能力，进行端到端逻辑隔离，不同客户之间、同一客户不同业务流量间均可隔离；
2. 业务质量可承诺：5G、骨干网、城域网等端到端质量可保障，客户根据业务安全性、传送质量等要求进行选择；
3. 业务功能可定制：组网方式、入云方式、接入方式、保障区域、终端数量等均可根据客户需求灵活定制；
4. 业务开通自动化：基于新一代云网运营系统架构，实现跨域端到端业务自动开通的统一交付。

对于任何一项业务，要想能够“酣畅淋漓”地享受5G网络切片带来的极致体验，就需要打造端到端的切片网络，包括无线网、承载网以及核心网。

其中：

无线侧初期采用空口QoS保障2B业务质量，后续采用资源预留方式确保专线空口资源，基站根据端到端切片ID映射VLAN，对应承载网2B切片。无线侧切片服务分为两种：空口GBR（Guaranteed Bit Rate，保证比特速率）保障，可保障业务在签约区域内空口带宽稳定，具有高等级的建链抢占权力，主要针对直播上传、低时延、通用场景提供精准保障；空口non-GBR保障，可实现业务在全省甚至全国范围移动，空口可用率高，对带宽稳定性要求不严格，当业务回落到4G网络专线过程中不会发生中断现象。

承载侧提供2B和2C两个切片，5G切片专线业务进入2B切片。虽然从理论上说，承载侧5G网络切片技术可为不同用户提供成百上千种切片通道，但是为了增强普适性，提升业务承载性价比，目前行业内结合各种应用场景的需求，采用“软硬结合”的方法，提供三种切片服务，用户可根据实际业务按需选择组合。

中兴通讯刘芳菲则在“2021中国5G网络创新论坛”上午的主论坛上介绍了其多条专线业务的切片方式。其中，黄金专线（类似于高速公路，业务承载性价比高）通过在硬切片内共享VPN的方式实现业务区分。该专线可用于视频类和游戏类业务，提供15分钟级刷新的业务感知，小于4小时的故障恢复速度。

白金专线（类似于高铁动车，虽然价格相对较高，但是服务提升明显）通过针对不同VPN建立不同硬切片的方式实现业务区分。该专线可用于智能交通类业务，提供端点监测和1分钟级刷新的业务感知，小于1小时的故障恢复速度。

钻石专线（类似于特供专列，中间不停站，7*24独享服务）端到端独占时隙硬隔离。该专线可用于工业控制类业务，提供逐点监测和1秒级刷新的业务感知，小于30分钟的故障恢复速度。

核心网侧UPF N3口根据端到端切片ID 映射VLAN，对应承载网2B切片。中国电信根据核心网网元部署位置的不同，提供了致远、比邻和如翼三种网络定制服务模式。中国电信研究院副院长陈运清详细介绍了三种模式。

致远模式：依托大网，提供QoS、切片、DNN（Data Network Name，数据网络名称，支持将终端接入专用标识的客户内网，并将访问通道与公网隔离，从而确保网络访问的安全性及数据传输的私密性）等服务。

比邻模式：根据业务需求，将UPF、MEC等核心网网元下沉至边缘机房或园区，同时对业务覆盖区域增强无线网络覆盖强度，提升业务承载能力。

如翼模式：在企业园区内建设专用基站，使用专用频率，部署园区定制5G核心网和专用园区级 UPF ，根据业务需求，提供专属无线网络，最大程度上保障时延、带宽、安全性等各项承载要求。

5G网络切片实现方式

5G切片专线是5G网络端到端能力的直接体现，优良的客户体验=丰富的组网形态+端到端QoS保障+统一调度编排。中国电信雷波在演讲中一语道出5G网络切片组网形态对于提供优质客户体验的重要地位。

1．丰富的组网形态

5G网络切片可适用于多种组网形态。目前中国电信已实现了OTN接入段、天翼云接入、以太专线接入以及5G-5G接入四种场景。

OTN组网：融合网关（ASBR）与UPF N6侧对接的子接口上部署每专线业务态VRF,融合网关（ASBR）接入核心OTN设备，与OTN CPE直接通过OTN网络互通，实现端到端5G精品专线。ASBR与核心OTN互联链路部署MC-LAG，采用LACP实现故障感知和保护。利用对端客户侧已有OTN CPE设备开通5G切片专线业务。

STN组网：融合网关（ASBR）与UPF N6侧对接的子接口上部署每专线业务态VRF，融合网关与对端U设备配置客户PW，实现端到端业务隔离。gNB至UPF流量通过2B_RAN 高等级VPN承载，在UPF与ASBR间部署BFD + Static实现故障检测和快速切换。可利用客户侧已有U/A设备开通5G切片专线业务。

入云：融合网关（ASBR）与UPF N6侧对接的子接口上部署每专线业务态VRF，融合网关与云侧ASBR配置客户PW，云侧ASBR(STN-B)与云POP 采用VLAN方式互联，每客户一个VLAN，实现端到端业务隔离。UPF N6侧链路与融合网关采用BFD + Static进行保护，通过统一编排系统调度云内云外网络完成端到端自动化配置。

2.端到端QoS保障

无线网、核心网根据客户业务5QI进行调度，5G切片专线根据客户需求配置精准保障5QI。无线网、核心网预置5QI与DSCP、EXP映射关系，客户专线流量在5G-固网完整路径上享受高等级QoS保障。尊享专线在承载网享受PQ型队列调度，优享专线为WFQ型高权重队列调度。

针对承载网的网络切片，采用软硬切片(FlexE + VPN + QoS)相结合的方式，提供切片服务。举个例子，针对下图网络拓扑，可考虑采用两个硬切片将2C和2B业务进行区分，业务方案及分流调度方式如下。

业务方案：部署2个硬分片，分别承载2C和2B业务；在2C硬切片部署4个QoS等级，2B硬切片部署2个QoS等级，在B及B以上南北向网络侧100GE接口开启FlexE切片，带宽分配推荐为2C切片75G，2B切片25G。（针对需独享新建FlexE切片，STN控制器可满足自动化开通）

切片分流及调度方式：在BBU侧按子接口方式区分2C/2B切片，在A设备按子接口关联不同PW，2B PW采用PQ优先调度，在B以上2B PW进入2B RANVPN，2B RANVPN采用FlexE切片进行承载。

3.统一调度编排

5G网络切片统一编排调度总体上分为3个功能模块，通信服务管理(CSMF)、5G端到端网络切片管理（ NSMF ）以及切片子网管理（NSSMF），总体架构如下图所示。

通信服务管理(CSMF)：完成通信服务需求到网络切片需求的转换。

5G端到端网络切片管理（NSMF）：负责端到端网络切片编排与管理。

切片子网管理（NSSMF），包含核心网、承载网、无线网切片子网管理。

• 核心网子网切片功能由CN-NSSMF承担，通过调用MANO能力实现虚拟资源管理的操作；
• 承载网子网切片功能由TN-NSSMF与SDN-O协同实现；
• 无线子网切片功能由RAN-NSSMF协同无线EMS实现配置，虚拟化后统一纳入MANO管理。

5G网络切片开通流程

中国电信研究院雷波在会上还介绍了5G网络切片业务开通流程主要包括5GC开通、STN开通以及5GR开通三部分。

1. 5GC开通

（1）当接到切片业务订单后，通过CSMF将用户需求转换为切片SLA需求，并向NSMF提交切片部署请求。

（2）NSMF接到请求后，分解切片为1-N个子切片，解析切片需求，分解切片的SLA，解析为每个子切片的话务模型/QoS/容量/部署特性等要求。从支持的子切片功能集以及已经部署的子切片实例集中选择合适的子切片，并传递选择的子切片信息到NSSMF。

（3）NSSMF选择合适的子切片模板，生成切片部署文件，传递信息到MANO，发起子切片LCM过程，发起网络服务（网络切片参数）配置请求。

2. STN开通

收到NSSMF网络切片参数配置要求后，STN控制器主要完成以下四项配置：

• FlexE硬切片配置：STN控制器对路由器进行配置，创建硬切片FlexE端口，配置端口带宽参数等，更新逻辑拓扑。在各逻辑端口上配置IP地址，接入层、汇聚层配置规划不同的IGP实例（如ISIS双进程实例）；
• SRv6 配置：STN控制器获取拓扑、链路TE信息、SRv6 Locator信息等，解析不同实例IGP分发不同的END或END.X SID，代表不同的节点、链路资源。根据节点链路信息计算满足SLA要求的路径，将SRv6路径下发给头节点。头节点将流量引入到SRv6 TE Policy，以满足流量SLA要求，同时配置SRv6 BE作为逃生路径。
• EVPN Over SRv6配置：STN控制器配置 L3VPN/EVPN Over SRv6。通过SRv6 Locator或者SRv6 Policy可以实现VPN业务承载在不同的切片上。
• 业务接入PW配置：STN控制器根据SDN协同编排器下发相关承载网切片必要参数(如切片业务ID、基站位置、VLAN接口、核心网UPF服务位置等)，实现切片业务配置激活，满足不同接入PW叠加到不同的切片上，从而区分不同的切片业务流量。

3.5GR开通

CRM根据订单业务需求，制定切片业务订单，发起切片业务端到端开通及变更。业务编排完成资源核查，并向无线控制器下达无线配置指令。与此同时，由优化中心根据特定的优化策略对无线控制器下达切片优化指令。5GR 无线控制器根据无线侧厂家特性，生成配置指令，并下达给采控平台/OMC，完成无线侧配置。

5G网络切片实施案例

中兴通讯刘芳菲在演讲还介绍了相关的具体案例——精准网络为智能电网提供的差异化专线服务。

其中，智能电网需求如下：发、输、变、配、用设备泛在接入、全程在线；全面感知电网信息和设备状态；全面实现电网末端配用电设备的实时可靠控制。

因此，对网络通信的需求如下：

匹配的解决方案则是以上提过的三条不同的专线服务。

钻石专线：提供端到端小颗粒时隙硬隔离，资源独占，安全可靠，超低时延服务，满足动保护、配电自动化、精准负荷控制业务要求。

白金专线：硬切片内，每业务独立隧道VPN隔离，不同业务互不干扰，其中VPN1：无人机巡检；VPN2：视频监控。

黄金专线：硬切片内资源共享，与其它类别业务隔离，性价比高，用于信息采集/状态监测业务