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1、目录 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立,组织架构基于原IMT-Advanced推进组,成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告引言网络切片标准进展网络切片产业进展网络切片商用推进网络切片面对的挑战网络切片阶段部署建议网络切片典型应用案例总结与建议缩略语贡献单位P1P2P8P15P16P18P18P22P23P241IMT-2020(5G)推进组5G端到端网
2、络切片发展研究报告引言5G网络作为通信技术发展的里程碑,除服务于个人用户外,更多的是满足千行百业的数字化转型需求。个人用户或行业用户对于网络的需求在带宽、时延、可靠性、海量连接等方面千差万别。通过一张大网满足差异巨大的不同需求,对运营商来说,将是一笔成本巨大且效率低下的投资;对用户来说,也无法得到满足要求的服务。网络切片技术将一张物理网络划分为可以满足不同需求且互相隔离的多个逻辑网络,被认为是可以满足5G多样化业务需求的关键技术。网络切片技术自诞生起就备受关注,无论是标准方面还是产业方面都付出了很多努力,力求能够真正落地,服务社会。但由于网络切片涉及领域众多,需要各组织、各领域间进行有效的协同
3、,才能真正实现端到端网络切片的能力。本研究报告全面梳理了国际国内关于网络切片的研究进展和标准定义,深入分析端到端网络切片产业界各领域的实现进展,基于目前运营商在网络切片商用推进的进展,识别出网络切片仍面临的挑战,给出网络切片阶段部署的建议。本研究报告拟为产业界呈现网络切片技术在现阶段的全貌,为后续推动网络切片的成熟应用提供参考。2IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告网络切片标准进展2.1 国际标准进展2.1.1 概述端到端网络切片涉及终端、无线网、承载网、核心网、切片管理器等众多领域,能力上包括架构、基本功能、安全、管理、编排等。3GPP、ITU/IETF、GSMA等国
4、际标准组织在网络切片方面分别在各领域进行深入的技术研究和探索,但都没有完整给出端到端网络切片的功能架构和管理架构。国际上各标准组织的研究内容和相互之间的关系如图1所示:图1 国际标准组织关于网络切片的研究关系2.1.2 3GPP 标准进展1、SA1进展3GPP SA1从R15版本开始,提出了网络切片服务需求的内容,包括无线接入网和核心网。5G系统各国际标准的具体研究内容详见以下各节所述。3IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告应允许运营商定义网络切片,包括网络切片支持的功能、性能、允许UE接入哪些切片、接入网络切片的地域限制等。R16版本主要讨论切片的商业模式以及如何保证
5、切片内的通信安全。R18版本对切片的接入方式进行了增强,包括网络切片限制、接入到多个网络切片、网络切片选择的优先、切片相关的PLMN选择方式等。以期望实现在不同类别的限制条件下(例如与无线资源和频谱相关的限制),UE接入网络切片,同时在网络切片或分配的资源有变化时,最小化服务的中断;以及支持额外的对于网络切片的第三方控制和配置的服务开放。2、RAN进展3GPP RAN从R15版本开始,提出了支持网络切片的内容。RAN侧对网络切片的支持依赖于不同切片的流量由不同的PDU会话处理。RAN可以通过调度和提供不同的L1/L2配置来实现不同的网络切片。NG-RAN需要支持如下功能:切片感知,RAN侧切片
6、选择,切片间资源管理, 基于切片的QoS支持,基于切片的核心网网元选择,切片资源隔离,基于切片的接入控制,切片可用性检查,支持UE同时接入多切片,基于切片的UE合法性检测等。R17版本,RAN侧设计了新的增强机制:如基于切片的小区选择/重选,切片业务连续性保证等。3、SA2进展3GPP SA2在R15版本提出了网络切片的基本概念,制定了5G网络支持网络切片所需的基本功能、方案和流程。标准的网络切片主要分为3大类型,包括eMBB切片、URLLC切片和MIoT切片,每个网络切片都由S-NSSAI来唯一标识。用户接入网络时,会基于用户签约数据、切片选择策略、用户请求等完成网络切片的选择,从而接入到可
7、以满足相应需求的网络切片中。R16版本,扩展了切片类型V2X,还对网络切片漫游、5G网络切片与EPS互操作进行了规范。为了支持第三方对终端接入网络切片进行认证和授权,进一步增强了网络切片安全机制,制定了网络切片特定的认证与授权机制。R17版本,扩展了新的切片类型HMTC,支持高性能机器类型通信,同时进行部分GST(Generic Slice Template,通用网络切片模板)参数在3GPP 范围内的研究和标准化,包括对切片内接入UE数、PDU会话数、数据速率等的控制。4、SA3进展3GPP在网络切片安全方面的研究工作主要在SA3开展,R15版本网络切片安全主要针对网络切片的管理安全开展了研究
8、和标准化工作。在切片管理接口上需要对切片管理请求者基于TLS进行认证和授权,并保护接口上的数据安全。R16阶段,主要围绕网络切片特定的认证与授权、网络切片即服务的安全、用户隐私以及网络切片NSSAI安全保护几个方面开展网络切片安全增强研究,明确了主认证和网4IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告络切片特定认证的关系,完成了网络切片特定的认证与授权、网络切片特定的重认证与重授权和授权撤销流程的标准化工作。R17阶段开展的网络切片安全增强项目的研究工作,主要涵盖为 UE 的网络切片访问控制引入新 NF 的安全要求和安全服务的定义,与网络切片配额管理、数据速率限制和同时使用切片
9、的限制相关方面的安全威胁和风险,以及RAN侧网络切片研究项目中涉及的与网络切片相关的小区选择和重选信息广播的隐私和安全三个方面。5、SA5进展3GPP SA5从R15开始制定了基于服务的管理架构,用于统一的5G网络及端到端网络切片管理,该系列标准包括5G网络及切片管理的基本概念、管理架构、管理服务以及针对切片的网络资源模型(NRM),性能测量数据(PM)和关键性能指标(KPI)等。R16进一步完善,增加了相应的管理服务解决方案集,多租户环境支持管理,管理服务发现, 服务等级协议(SLA)保障,网络切片计费等,并且开始了网络及切片自动化部署及管理的研究工作,包括:闭环服务等级保障管理(COSLA
10、),意图驱动管理(IDM),管理数据分析服务(MDAS)和自治网络分级(ANL)等。R17阶段对多租户管理,5G SLA管理,网络资源模型,性能测量数据和关键性能指标做了进一步增强,同时开始研究切片管理能力开放,切片管理能力增强等。上述规范为端到端网络切片的部署和运行维护提供了基本的管控编排能力,但对于承载网络的编排管理,标准层面需要3GPP和ITU/IETF间进行互通和拉齐。2.1.3 ITU/IETF标准进展承载网网络切片的标准化工作主要在ITU和IETF进行。ITU从传送、网络、协议、管理编排等领域全面推进网络切片标准化工作,目前已初步完成网络切片标准体系构建,未来,ITU将持续推进切片
11、技术的演进,探索切片与网络智能化、意图网络等的结合。ITU-T SG15已形成了以SPN技术为核心的ITU-T下一代传送网技术标准体系,该标准体系包括MTN接口(G.8312)、架构(G.8310)、设备(G.8321)、保护(G.8331)、管控(G.8350)、同步(G.mtn-sync)和演进(G.Sup69)。SPN高效融合了TDM和分组交换,在L3层、交叉、光层、管控等方面具有重要创新和突破。SPN引入了统一的时隙交换和分组交换机制,实现TDM硬管道与分组软管道共存,可构建基于物理隔离的高安全性和资源专享的切片子网,保证拥塞环境下的业务质量;SPN基于66B原子码块时隙交换,具备高效
12、报文转发机制,单节点时延达到us级;SPN支持超高精度时间同步技术,单节点时间同步精度达到5ns。综上,SPN可以提供高隔离性、高可靠性、超低时延、超高精度同步,同时支持差异化服务的5G传输切片。5IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告ITU-T在2018年2月发布5G传送研究报告(GSTR-TN5G),对支持3GPP网络切片的传送网络进行了描述,定义了与网络切片相关的管控需求及管控功能。当前,SG15研究内容包括传送网络的切片方案以及面向传输网络切片的管控方案,在网络管控方面,使用虚拟网络(Virtual Network)向客户呈现传送网资源,3GPP管理系统可以将VN
13、实例中的资源视为支持3GPP网络片实例。同时定义用于切片管控的功能组件,实现传送网切片的管理。ITU-T SG13围绕下设的IMT-2020和NET-2030两个焦点组的未来网络标准化工作展开,在未来网络中应用网络切片已经成为方案共识,主导推进了IMT-2020网络切片、网络切片管理编排等多领域标准化工作。 IETF 主导IP承载网的网络切片相关标准定义工作。IETF的网络切片相关标准主要由TEAS、SPRING、6MAN、LSR、IDR和CCAMP等工作组负责制定。其中TEAS工作组主要定义承载网切片的术语、管理与实现架构、业务管理模型,以及承载网切片与5G端到端切片的对接映射机制等。SPR
14、ING工作组主要定义基于分段路由(Segment Routing, SR)技术扩展实现承载网切片的技术方案。6MAN工作组主要定义基于IPv6协议的扩展实现承载网切片的技术方案。LSR和IDR工作组分别定义与承载网切片相关的IGP和BGP控制协议的扩展。对于L1层OTN网络的切片,主要在CCAMP工作组进行定义。目前网络切片相关定义、VPN+服务框架、网络资源属性与SID关联机制等部分标准处于工作组草案状态,其他大部分标准尚处于个人草案状态。2.1.4 GSMA标准进展针对不同业务场景,使用不同切片来提供服务。利用通用的网络切片模板,可以将不同客户的网络切片需求映射到不同的网络属性。GSMA定
15、义了通用网络切片模板(GST),该模板是一组属性,可以表征一种网络切片/服务类型。网络切片类型(Network Slice Type,NEST)值用于表达一组特定需求,以支持网络切片客户使用案例。网络切片客户(例如电力、互联网应用)向网络切片提供商(NSP)提供所需的使用案例要求。NSP将需求映射到GST的属性中,并使用适当的值生成NEST。2.2 国内标准进展2.2.1 概述我国5G网络已经商用,网络切片在国际标准各自为营的状态下,无法快速为千行百业提供差异化服务的能力。为此,中国通信标准化协会(CCSA)成立了“5G网络端到端切片特设项目组”,总体规划5G网络端到端切片标准体系框架,梳理现
16、有相关标准情况,组织开展共性标准研究。5G网络切片标准体系图2所示,对于端到端互通、业务面与管理面互通的要求在特设组研究和定义,对于领域内的功6IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告下面具体介绍每个TC组关于网络切片的主要研究范围和进展。2.2.2 特设组为推动国内5G端到端网络切片的标准化工作,2019年12月,CCSA成立了5G网络端到端切片特设标准项目组(SP2),明确了5G网络切片端到端总体架构、5G网络切片基本功能要求、各子域(终端/无线/承载/核心网/管理)功能要求、各子域间接口对接功能及协议要求、切片基本安全能力要求以及关键的业务流程等。同时,针对5G网络端
17、到端切片标识进行了研究,面向公众网和行业网的丰富需求和复杂应用场景,构建了由网络标识和业务标识组成的网络切片标识体系。另外,特设组针对基于SPN的承载网切片,完成了承载网切片子网管理功能以及5G网络切片管理功能(NSMF)与基于SPN的承载管理功能间的接口要求。后续将以电力切片行业标准入手,进一步推进5G端到端网络切片在各垂直行业应用的标准化工作。2.2.3 TC3CCSA的网络与业务能力工作组TC3,在网络切片方面,聚焦基于IP的承载网网络切片相关的技术研究与标准化工作。在已完成的“支持5G承载的IP网络切片技术研究”项目的基础上,对IP网络切片图2 5G网络切片标准体系梳理能要求在各TC内
18、部完成。7IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告的总体架构、关键技术、设备功能以及控制器管理和编排接口等方面进行了标准制定,目前除支持IP网络切片的编排技术仍在讨论外,其他几个方面均已完成标准化。2.2.4 TC5CCSA的无线通信技术工作组TC5,在网络切片方面涉及终端、无线、核心网、安全的相关标准制定。WG12重点关注核心网,在2019年8月发布的首批5G通信行业标准中,已经在5G移动通信网中支持了切片的基本功能;在5G移动通信网的第二阶段行业标准中,对于切片选择、切片鉴权、切片与EPC网络互通等关键功能做了增强,预计年底发布。WG9重点在终端和无线,终端规范中已明确
19、终端支持网络切片的基础能力,并可选支持URSP;无线侧已启动讨论支持网络切片无线设备需要增强的能力。WG5重点关注移动通信网的安全,关于网络切片,该组已经在5G移动通信网安全技术要求中包含了切片认证和切片管理安全的标准化工作。同时立项了网络切片安全技术要求项目,计划在网络切片安全增强方面开展相关标准工作。2.2.5 TC6CCSA的传送网与接入网技术工作组TC6,WG1传送网工作组已开展了传送网网络切片技术研究,对传送网网络切片的概念、网络总体架构、功能属性、管理控制方法、标准化情况等进行了具体探讨。WG2接入网及家庭网络工作组已对支持网络切片的光线路终端(OLT)技术要求进行了规范;2020
20、年起,陆续开展了接入网切片总体技术要求、接入网切片设备技术要求以及基于SDN的宽带接入网切片YANG模型标准的立项研究,对业务体验保障及SLA要求、接入网切片技术的系统架构、切片技术对接入网设备及互通接口的要求、网络切片功能的控制协议和流程等开展研究。2.2.6 TC7CCSA的网络管理与运营支撑工作组TC7,为了实现网络切片的管理,落实切片在端到端的网络中拉通,该组内 WG1在5G网络切片管理功能、5G网络切片管理功能与核心网切片子网管理功能接口、5G网络切片管理功能与接入网切片子网管理功能接口、5G网络切片端到端网络切片模板、核心网网络切片子网管理功能、接入网网络切片子网管理功能、5G网络
21、切片客户管理功能(CSMF)与网络切片管理功能(NSMF)接口方面做了明确要求和定义。同时,以电力和智能交通两个行业入手,确定行业SLA保障技术要求。8IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告3.1 切片架构CCSA下设的“5G网络端到端切片特设项目组”,打破了不同网络领域在不同标准组织独立定制的限制,实现了真正的跨域协同,为5G SA网络提供最小商用集合的标准能力。在已完成的5G网络切片 端到端总体技术要求中,定义了5G端到端网络切片架构,示意图如图3所示:图3 5G端到端网络切片架构示意图网络切片管理域包括: 通信服务管理功能(CSMF),支持用户业务通信服务的需求订购
22、和处理,可将通信服务需求转换为对NSMF的网络切片需求。 网络切片管理功能(NSMF),接收从CSMF下发的网络切片部署请求,并将网络切片的SLA需求分解为网络子切片的SLA需求,向NSSMF下发网络子切片部署请求;负责网络切片的生命周期管理、性能管理、故障监控等。该架构中包括网络切片管理域和网络切片业务域两部分。网络切片产业进展9IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告 网络切片子网管理功能(NSSMF),包括无线接入网、承载网和核心网三个领域的NSSMF,分别负责本域的网络切片子网管理功能。接收从NSMF下发的网络切片子网部署需求,将网络切片子网的SLA需求转换为网元业
23、务参数并下发给网元。网络切片业务域则由终端、无线接入网、承载网、核心网和数据网络组成,通过他们共同配合为用户提供网络切片能力。3.2 终端切片进展终端作为切片服务的入口和起点,需具备接入网络切片的基本能力,以及实现业务流到网络切片的映射,以支持根据应用选择合适的切片。终端内部系统结构包括操作系统和调制解调器。目前主流调制解调器同时可支持8个网络切片,对于2B和2C类型的终端具有同样的支持能力。支持5G SA的终端,都可以静态配置一个切片,但为了支持不同移动互联网应用或垂直行业对业务质量及隔离性的要求,终端应支持多个网络切片,将不同的业务选择到不同的网络切片上去承载。终端使用本地配置或由网络下发
24、的UE路由选择策略(URSP),实现应用业务流与网络切片的匹配。当应用业务流需要请求通信服务时,终端将发起PDU会话建立过程。根据URSP规则,终端可以在PDU会话建立过程携带其所需的S-NSSAI,或者由网络分配要用于PDU会话的网络切片。URSP规则由流量描述符和一组路由选择描述符组成。 通常由高层(例如应用层)定义流量描述符,并由调制解调器查找与该流量描述符相匹配的URSP规则。然后,调制解调器按照相应的路由选择描述符建立PDU会话。下面列出了主要的流量描述符,这些描述符用于识别所关联的流量使用哪个切片、RAT和其他路由参数: DNN IP三元组(IP地址或IP前缀,端口号,协议ID)
25、目标FQDN OSID和OSAppID在终端系统结构设计中,需要上层操作系统和底层通信调制解调器之间进行协调以支持网络切片功能。因此,一些终端制造商积极探索,设计和开发支持网络切片的解决方案,已有部分终端厂商具备多切片并发和支持URSP的能力。 目前有两种方式实现终端系统架构中的网络切片功能:1. 以调制解调器为中心的方案:流量属性与网络切片的匹配过程在调制解调器中实现;2. 以操作系统为中心的方案:流量属性与网络切片的匹配过程在操作系统中实现。10IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告3.3 网络侧切片进展3.3.1 无线接入网目前无线接入网,能够支持3GPP R15定
26、义的网络切片能力和CCSA 5G移动通信网系列行标所定义的功能要求,具体实现上包括如下能力:1、网络切片感知NG-RAN根据终端或者核心网提供的网络切片,选择无线侧对应的切片,并将其与核心网、承载网对应的切片关联起来。对于预先配置的不同网络切片的业务支持差异化处理,通过网络切片结合5QI、无线功能参数(例如DRX、预调度等),实现to B和to C参数隔离。对于切片仅在部分网络中可用的场景,NG-RAN能够感知相邻NG-RAN支持的网络切片,有利于频间移动性。2、网络切片资源管理对于NG-RAN支持多个网络切片的场景,支持根据配置或者管理域的要求执行相关控制。网络切片的资源隔离方面,NG-RA
27、N可以通过RRM策略和保护机制,避免由于一个网络切片共享资源的短缺影响其他切片的资源,也可以针对不同切片组的业务需求配置所需的RB资源预留策略,不同的切片组可以配置专用、优先以及最大共享RB资源分组,还可以将切片与载波绑定,不同的载波可以服务不同的切片业务。其中,单个载波上可以叠加使用RB资源预留来服务不同的切片组。切片的QoS调度,分为切片内的QoS调度方案和切片间的QoS调度。对于切片内的QoS调度,NG-RAN可以将不同切片/PDU会话中的flow映射成不同的DRB,并执行DRB的调度管理;对于切片间的QoS调度,例如针对to B和to C用户共享RB资源的场景,高优先级to B用户可以
28、优先使用某些资源。另外,可以基于切片组对用户数进行控制。典型的应用场景如:为特定切片组预留了RB资源,为了保证切片组内每一个用户的体验;RRC连接用户数是基站级别License控制项,为了限制某类切片组使用该资源的上限。3、网络切片接入控制通过将网络切片和扩展接入类别(AC)绑定,RAN可以减少已拥塞切片对其他切片的影响。3.3.2 承载网作为5G端到端网络切片中跨度最长的组成部分,承载网要实现网络切片子域间的对接标识和优先级等信息互通,支撑实现端到端SLA性能指标的分解和保障;还要实现承载网网络切片内部子网的协同规划和管控运维。目前我国运营商及网络设备厂商已提出多样化的承载切片解决方案。11
29、IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告5G承载网络支持L0-L1层的硬管道切片以及L2-L3层的分组层软管道切片。通过网络切片使能用户资源隔离与低时延应用,同时在SPN网络中引入1G及以下小颗粒的硬切片技术方案,提供不同时延/抖动/隔离特性的网络切片能力,满足用户的差异化SLA需求。根据典型应用场景对服务等级的要求不同,5G承载网络网络切片可以分为4类:1)公网公用型切片:多用户共享物理端口/FlexE/MTN接口级硬隔离切片,各类业务并共享VPN软隔离切片;2)公网专用型切片:多用户共享物理端口/FlexE/MTN接口级硬隔离切片,不同用户之间采用专用表1 5G承载网络
30、技术方案表2 5G承载网络的切片能力12IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告VPN进行业务隔离;3)专网专用型1类切片:每个用户独享FlexE/MTN接口级硬隔离切片,该用户的不同业务采用专用VPN进行软隔离;4)专网专用型2类切片:每个用户独享FlexE/MTN接口级和MTN通道级硬隔离切片,该用户的不同业务采用专用VPN进行业务软隔离。3.3.3 核心网目前核心网能够支持3GPP R15定义的网络切片能力和CCSA 5G移动通信网系列行标所定义的功能,包括:1、网络切片选择及更新支持标准化的eMBB/URLLC/MIoT/V2X切片类型,以及运营商自定义切片类型。每
31、个网络切片业务都由S-NSSAI来唯一标识。用户接入网络时,核心网基于用户签约数据、切片选择策略、用户请求等完成网络切片的选择,从而接入到可以满足相应需求的网络切片中。在网络切片配置更新时,能够将相关的更新通知给UE。2、网络切片漫游及与EPC互操作在漫游场景中,核心网能够对不同运营商间的网络切片进行映射。当用户在5GC和EPC网络移动过程中,为了支持切片的互通,在会话建立的时候,PGW+SMF根据运营商策略,可以选择一个用于后续5G接入的S-NSSAI发送给UE。3、网络切片子网间的互通支持与承载网、无线接入网根据切片对接标识进行映射,从而实现切片端到端落地。5G核心网支持灵活的切片组网,
32、基于微服务的网络切片构建,多层次的安全隔离等关键技术。根据不同应用场景对隔离度的要求不同,核心网侧可以支持多种部署场景,如图4所示:1)多切片共享5GC控制面和用户面,一般用在基于大网的切片场景,比如游戏,直播等场景;2)多切片共享5GC控制面,独享用户面(UPF),是当前在5G专网场景切片的常见应用方式;3)切片独占5GC控制面和用户面,用户面和控制面网元都不共享,其安全隔离度高,一般用在对切片安全具有高要求,需要提供独立的核心网虚拟网元的场景,比如电力场景的切片计划后续商用要求独占AMF和SMF等。13IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告图4 核心网网络切片部署场景
33、图5 切片管理器分级部署图示3.3.4 切片管理器切片管理器可实现网络切片的自动化管理和编排,是5G网络中新引入的网络切片管理功能,主要包括通信服务管理功能CSMF、网络切片管理功能NSMF和网络切片子网管理功能NSSMF。以上网络切片管理功能在实际部署过程中为了减少管理竖井提高管理效率,减少系统间接口降低对接复杂度,逻辑功能间可根据部署需求进行一定程度的整合。当前,国内几个运营商均已根据自身网络情况进行切片管理器的研发和部署,采用分级或不分级部署模式。分级模式下,切片管理器部署如图5所示,面向省内及跨省业务提供服务。14IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告一级和二级C
34、SMF向垂直行业客户或客户经理开放北向接口,接收用户业务通信服务的订购需求,客户经理根据行业产品以及客户的业务要求形成技术要求,基于C-N接口将网络切片部署需求发送至NSMF,如果涉及跨省业务需求,二级CSMF可能需要将切片订购需求发送至一级CSMF,一级CSMF根据具体客户需求,将切片订购需求再发送至合适的一级CSMF,各级CSMF将通信服务需求转换为NSMF的网络切片需求并通过C-N接口下发至NSMF。同样, NSMF建设也采用分级部署模式,面向省内和跨省业务提供服务。NSMF将网络切片需求分解为各域的子切片部署请求,通过NSMF-NSSMF接口下发至各域NSSMF,其中,无线领域通过NS
35、MF-无线NSSMF接口实现无线域的切片业务配置;承载领域通过NSMF-承载NSSMF接口实现承载域的切片业务配置;核心网领域通过NSMF-核心网NSSMF接口并配合NFVO的VNF生命周期管理实现核心网资源的自动创建。不分级部署模式,切片管理器部署如图6所示,CSMF和NSMF功能以及二者之间的接口能力同分级部署模式,不再赘述。图6 切片管理器不分级部署图示切片管理器可实现网络切片的自动化管理和编排,但涉及多个领域的端到端拉通、参数分发和配置,复杂度高,当前产业尚不成熟,各个领域尚不能完全支持自动化编排配置,仍需要人工制作配置15IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告脚
36、本进行干预。3.3.5 切片参数配置为了使能垂直行业用户灵活快捷的订购和使用网络切片,5G网络可以根据自身能力和策略向垂直行业用户提供网络切片的自动化订购和查询监控功能,以提供移动网络和垂直行业用户的友好交互能力。主要包括如下方面: (1)提供第三方网络切片的订购、更新和终止能力,涉及配置参数可以包括: 切片类型; 切片实例; 切片支持访问的用户配置参数(终端号码、可同时接入的最大用户数); 切片生效时间; 切片生效地点; 切片的QOS能力等。(2)提供第三方网络切片的实时查询能力,可查询的信息包括: 切片实时接入用户信息; 切片的QOS性能指标; 切片告警信息等。网络切片商用推进5G网络切片
37、是5G关键使能技术之一,也是5G赋能垂直行业的重要利器。面向成熟商用,网络切片需具备四个方面能力:一是要真正实现终端、无线、承载和核心网全领域的端到端业务流程拉通;二是要推动无线、承载等子域的自动化配置,并最终实现全域自动化编排;三是大力推动终端和行业模组全面支持切片能力,支持多类型多切片并发;四是全面加速SLA质量保障机制,切实满足行业客户的端到端需求。目前,国内运营商的商用推进均在稳步进行中。切片管理、切片调度方面,结合自动化编排和部分手动配置的方式,已完成专网部分产品的端到端切片业务流程穿测和业务上线,但当前还是以测试为主,缺少5G商用的真实场景和验证,随着5G切片真实业务需求上线,切片
38、管理、切片调度的方案和16IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告网络切片面对的挑战5G端到端网络切片是5G SA最重要的技术之一,主要为第三方客户尤其是垂直行业客户的特定业务提供网络通信服务能力。目前面临的问题和挑战,重点从标准、产业和商业推进三个方面来分析。5.1 标准方面1、国内外标准组织之间的合作与协调端到端切片的标准化与国内外多个标准组织相关,如3GPP、ITU-T、IETF、GSMA、CCSA以及开源组织(ONAP)等等。各标准组织对于切片业务的理解、标准化工作的优先级进程各不相同。因此,在不同标准组织(如3GPP与IETF)乃至同一个标准组织内的不同工作组(3
39、GPP SA2、SA3、SA5与RAN)之间,针对切片进行高效合作与协调尤为重要。国内CCSA已优先完成网络切片端到端总体技术要求、端到端网络切片对接技术要求等关键性行标,明确了端到端网络切片的架构、各领域支持网络切片的功能要求以及各领域之间网络切片互通的技术要求。该成果可以与国际标准组织分享和讨论,争取在业界达成统一的认识。目前,NSMF和TN-NSSMF之间的北向接口没有可参考的国际标准,主要由运营商协同设备商来规范NSMF、TN-NSSMF的功能以及二者之间的北向接口信息模型,CCSA相关TC和5G网络切片特设组已开展相关行标的研制,后续需加强协调,统一规范共性功能要求和接口规范,推动产
40、业届协同发展。2、端到端网络切片需进一步规范的内容流程将进一步完善和优化。同时,限于各域网络系统的能力开放程度、接口标准化程度、自动化程度和改造进度,5G切片端到端自动化编排能力还需逐步构建。切片业务流方面,目前国内运营商已打通各域网络切片能力,网络层面初步具备商用能力。具体来看,无线领域已具备基本信令流程拉通能力并形成基于无线切片的分级业务保障体系;核心网领域已具备网络切片接入和处理能力;承载领域P承载网络根据业务需求与网络能力按需提供网络切片能力,现网已实际部署了FlexE+VPN+QoS与VPN+QoS两种承载网切片方案,SPN网络已具备管控层切片业务自动化下发、转发层10M粒度的小颗粒
41、切片隔离能力;终端领域,终端切片基于R15版本的功能要求已经明确,国内部分终端厂商已采用自研切片方案,具备开展测试验证及演示能力。17IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告无线接入网对于切片资源预留和灵活部署还需要进一步增强;端到端切片业务需求的SLA指标分解到网络域性能测量参数和网络域配置参数的映射关系还不够完备,目前仍需要手动配置部分参数;针对业务参数的自动化闭环控制和SLA运维保障的标准化还需要进一步的工作;由于RAN侧对切片的研究讨论还在进行中,因此对于端到端切片安全方面,需要考虑由于RAN切片的引入导致的安全问题。3、通信行业与垂直行业的融合 在标准层面,网络切
42、片主要的目的是为垂直行业客户提供网络通信服务能力。但是,目前切片标准化的参与者主要来自于通信行业,垂直行业,除了电力、交通等,其他行业用户参与度还不高。为了使网络切片可以更好地服务于垂直行业,需要充分考虑其自身特点和需求,比如行业客户对切片的自管理(监控、查询等)的需求。另外,现在很多垂直行业,已经部署了专网,在用户通过5G网络接入,但是需要路由回专网的情况下,如何协同配置专网和5G网络,是切片服务于行业客户的关键问题之一。5.2 产业方面在端到端网络切片产业方面也有如下几点可继续完善:1、5G终端对切片的支持终端支持网络切片功能需要操作系统和调制解调器之间进行协调,主流操作系统尚不提供基于原
43、生操作系统的网络切片解决方案。目前,运营商、终端厂商、芯片厂商正积极探索定制化的方案,需要进一步验证方案的可行性。另外,对于3GPP定义的二次认证和网络切片特定的鉴权与认证,原生操作系统也不支持,同样需要终端厂商和芯片厂商共同协商解决。推动原生操作系统支持上述能力,有利于方案的统一,减少定制化处理,需要业界共同努力进行推进。2、端到端的指标分解和测试目前端到端网络切片时延等指标的测试主要依赖5G手机终端和核心网之间FTP下载等数据业务来验证带宽和时延性能,测量结果受无线空口环境影响较大,缺乏跨无线、承载和核心网的端到端OAM机制实现性能监测。因此需提升端到端切片性能监测和智能化运维能力,推动研
44、究端到端高精度的OAM机制和性能测试工具来验证不同隔离特性、优先级和保护方案等切片配置对各类5G业务性能的影响,更好支撑端到端SLA保障。5.3 商业推动方面在5G端到端网络切片的商业推动方面,存在以下明显的商业断点:18IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告5G网络切片商用推进涉及三层六域七大流程的拉通,建议分阶段逐步推进商用成熟:第一阶段(2021年):打通切片业务流程,切片基本可用。与5G SA网络同步商用,基于无线、承载网和核心网打通关键切片业务流程;核心网实现部分自动化编排和手动局数据配置,无线、承载网实现部分自动化切片配置和部分手动配置。同时,推动少量终端支持
45、多切片并发能力。第二阶段(20222023年):完善网络切片能力,支持自动化部署。拉通无线、承载网和核心网,实现切片关键流程;核心网力争实现自动化编排/配置,推动无线、承载完成全部自动化切片配置;推动终端支持多类型多切片并发能力。第三阶段(2024年):实现网络切片全面成熟。终端、无线、承载网和核心网全领域支持多类型多切片并发;核心网/无线/承载网实现全自动化管理编排;终端全面支持网络切片相关能力;实现端到端SLA保障。【案例1:互联网应用】5G网络提供的高带宽、低时延的网络能力会给互联网业务,如云游戏、AR/VR、4K视频点播等带来新的发展机遇,此类互联网业务除了对网络通用能力有更高需求外,
46、也对VIP用户的业务体验有更高1、缺乏完善的切片商品体系,缺乏基于切片技术的网络服务产品定义和商业模式定义,妨碍行业客户清楚方便地获取商业化切片服务。2、切片技术能力对商业价值的支撑缺乏明确表达,不同切片类型和切片能力,对行业客户能够带来的商业价值缺乏全面分析和量化,妨碍了行业客户进行商业决策。3、从切片商业推广到网络实施到持续运营的闭环还未打通,影响了切片规模化商业应用复制。网络切片阶段部署建议网络切片典型应用案例19IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告的保障需求。为了验证网络切片对互联网业务需求的保障效果, 2019年中国联通、中兴与腾讯合作设计了多种满足互联网业务
47、商用需求的切片接入方式,基于中国联通在深圳腾讯滨海大厦构建的包含无线、承载、核心网的端到端5G切片试验网络,实现了基于不同维度(如用户维度、业务维度、位置维度等)的切片接入管理和控制,完成了包括切片设计、编排、开通和监控等全流程功能的部署和验证。该切片可以对腾讯云游戏、HDR/4K视频点播等互联网业务实现超大带宽、超低时延的业务能力,和面向不同等级用户的业务体验分级保障。通过将VIP用户的业务承载在有保障的大带宽、超低时延的网络切片上,使用户获得极致的体验;同时,也验证了手机号、APN、用户位置等切片激活方式,降低了腾讯业务使用网络切片的门槛,有效验证了网络切片对互联网业务的定制化服务能力。该
48、切片的实际部署示意图如图7所示。图7 互联网应用切片部署示意图【案例2:电力切片】基于电网业务对安全性、可靠性、高性能和经济性的特殊需求,结合5G网络切片在定制性、隔离/专用性、分级服务保障,提供统一平台方面的特征,并且进一步考虑5G eMBB、mMTC、URLLC业务20IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告图8 5G电力切片总体设计示意图电网业务可以分为生产控制大区、管理信息大区两大类。生产控制大区业务需与其他业务进行物理隔离,各大区内部不同业务之间需进行逻辑隔离,因此可以采用不同的切片部署方案: 针对电网生产控制大区,可以采用5G专用切片,无线侧采用RB资源预留、承
49、载侧采用FlexE、核心网部署专用UPF,实现对端到端的硬切片及应用的部署; 针对电网管理信息大区,除了可以采用专用切片,也可以采用隔离度更低的5G通用切片,通过在无线侧进行5QI优先级调度、在承载侧配置VLAN及共享核心网,实现端到端的软切片的部署和应用的部署。遵循电网信息安全“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的16字方针要求,基于“公网专用、行业定制、能力开放、分权分域”原则,针对电网行业的 5G切片应用案例,可以进一步分为广域专网和局域专网两大类场景。场景对电力业务场景的渗透和扩展,中国电信、中国移动、中国联通,联合华为、中兴与国家电网、南方电网开展合作,在国内推进了针对电力行业
50、的网络切片应用的部署的实验测试。5G电力切片总体设计示意图如图8所示。21IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告表3 电网5G切片应用案例22IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告总结与建议近年来,随着网络切片技术的逐步成熟,国内运营商、设备厂商和垂直行业伙伴基于多样化业务场景进行网络切片应用试点,例如智能电网、智慧工厂、智慧港口、高清视频、视频VR、云游戏等。IMT-2020(5G)推进组也在积极推进网络切片相关技术的试验与验证,共同推进网络切片的产业化节奏。目前端到端网络切片的研究和发展已经取得阶段性成果,但仍有许多关键问题需要进一步推进解决。因