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IMT-2020(5G)推进组:5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书(42页).pdf

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IMT-2020(5G)推进组:5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书(42页).pdf

1、目录目录 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。引言5G确定性承载SLA指标体系构建背景5G确定性承载内涵与关键特性5G确定性承载SLA指标体系及应用总结和展望主要贡献单位P1P2P3P5P37P39I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书1I M T - 2 0 2 0 ( 5

2、 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书引言随着行业数字化转型的深入推进, 确定性连接成为移动通信网络演进的热点技术。确定性网络具备端到端特性,涉及了无线、园区、城域、骨干网中的多种技术。确定性承载网络作为端到端确定性网络的重要组成部分作用日益凸显。为此,目前业界正积极开展确定性承载关键技术、规模组网和部署能力的技术研究和标准推进工作,但现阶段仍缺少统一的SLA指标体系指导技术完善和新特性研发,也缺乏有效的评估方法支撑关键技术和应用方案的性能验证。IMT-2020(5G)推进组5G承载工作组2020年发布了5G+垂直行业承载技术及典型应用方案研究白皮书。本白皮书在此基础上,重

3、点聚集5G+行业数字化转型的确定性典型应用场景、承载需求和支撑技术的指标特性,基于确定性业务指标和确定性承载技术能力提出了5G确定性承载SLA指标体系的架构、指标定义和面向场景的应用模板,为确定性承载技术发展和网络规模部署提供支撑和参考。首先,本白皮书综合分析5G+行业数字化转型的确定性典型应用场景、承载需求与性能指标。在此基础上,梳理了典型确定性承载技术图谱和技术发展路线,全面分析了基于分组融合和基于TDM两类多种典型技术的工作机制、特性指标、标准化和产业应用情况。结合5G确定性承载需求和承载技术指标特性提出了分类分级的5G确定性承载SLA指标和面向应用场景的SLA指标应用模板。最后,结合5

4、G+智能电网和5G+智慧港口给出了场景模板的应用示例。希望本白皮书的发布能有助于推动5G确定性承载SLA指标评价体系和评测平台的构建,引导确定性承载技术和产业应用创新,支撑行业数字化转型的蓬勃发展。 I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书25G确定性承载SLA指标体系构建背景2.1 确定性成为5G承载网络的关键特性在国家政策、技术发展和行业应用的多方驱动下,确定性连接成为移动通信网络演进的热点技术。在政策方面,2021年初,工业和信息化部发布工业互联网创新发展行动计划(20212023年),明确提出了支持深化 “5G工业互联网”、“探索

5、云网融合、确定性网络等新技术部署”的发展策略。在技术方面,行业数字化转型加速ICT与OT深度融合,驱使移动通信网络向确定性网络演进。3GPP从R16开始支持端到端TSN确定性承载,R17和R18将进一步提供内生确定性连接能力,包括承载网的确定性能力。在行业应用方面,面向5G+工业互联网、5G+智能电网和5G+Cloud AR/VR等应用场景,提出了端到端确定性承载的新需求,确定性成为5G承载网络的关键特性。2.2 构建确定性承载指标体系需求迫切随着5G+行业数字化转型的不断推进,如何构建端到端5G确定性网络成为业界研究的重点,确定性承载技术也是其中重要组成部分之一。从技术发展来看,目前业界已开

6、展了面向局域、城域和广域的多种确定性网络技术的研究,但现阶段仍缺少统一的指标体系用于支撑关键技术和应用方案的评估验证。首先,系统化的SLA指标体系可为确定性承载网的关键技术研发和应用方案落地提供有效支撑。通过制定和构建SLA指标体系,可促进确定性网络关键技术的完善,推动相关技术标准的制定、技术应用方案的成熟发展。其次,目前业界缺少5G业务端到端指标到承载网指标分解原则的相关研究。承载网性能指标与业务需求及承载技术特性密不可分,目前业界缺乏将业务需求与承载技术能力相匹配的综合性的SLA指标体系指导设备研发和性能评测。因此,构建统一的确定性承载SLA指标体系需求迫切。3I M T - 2 0 2

7、0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书5G确定性承载内涵与关键特性图1 5G确定性承载内涵和关键特性3.1 5G确定性承载内涵5G确定性承载的内涵从技术和服务2个维度出发,定义了5个内部基础能力和5个外部关键指标(见图1)。首先,5G确定性承载本质提供的是网络确定性承载服务,并通过多层技术的组合实现确定性服务质量的保障。(1)网络确定性承载服务:网络满足一种或多种业务的一项或多项确定性服务质量要求。比如承载网络满足工业远程控制确定性端到端时延的承载服务质量要求,或满足电力通信高可靠低时延的差动保护承载服务质量要求等。(2)网络确定性承载技术:网络提供满足确定性承载

8、服务相应的承载技术,从网络分层的角度可以从L1L3不同的网络层次提供相应的承载技术满足确定性承载服务的需求。比如L1层TDM技术,L2I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书4层TSN技术或L3层DetNet技术等。3.2 确定性承载基础能力和关键特性基于服务和技术两个维度,确定性承载应该具备以下5个基础能力,以实现确定性网络的外在关键特性。(1)资源预留与调度能力:确定性网络的管理和控制面具备路径计算与资源预留能力,通过各类队列优化技术实现转发路径和带宽资源的确定性。(2)资源隔离能力:确定性网络具备硬隔离和软隔离能力。(3)时频同步能

9、力:确定性网络支持基于时间和频率的精准同步,提供高精度的时间同步和定位服务支撑能力。(4)保护和恢复能力:确定性网络通过保护和恢复能力,提供高可靠的承载服务。(5)定制化能力:根据不同的应用场景不同服务质量要求,可定制化提供不同的关键特性指标服务的组合。对于某一种确定性承载服务,可以是关键特性指标一项或多项的组合。同时,确定性网络可演进支持网络可编程、人工智能、机器学习及资源对外运营服务能力。确定性网络5个内在能力最终支撑实现5个外在关键指标,包括时延确定性、带宽确定性、丢包确定性、高可靠性和时频同步精度。(1)时延确定性:确定性网络需具备确定性的时延(即时延的上界)和确定性的时延抖动(即时延

10、的上界和下界),部分确定性业务要求低时延、低抖动特性。(2)带宽的确定性: 确定性网络在轻载和拥塞的场景下需具备可承诺的带宽特性,包括承诺保证带宽(CIR)和容许保证带宽(PIR)。(3)丢包确定性:确定性网络需具备无丢包和低丢包率。(4)高可靠性:确定性网络可具备大于99.999%高可靠率。(5)时频同步精度:确定性网络可提供微秒级高精度和百纳秒级超高精度的时频同步服务。 5I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书5G确定性承载SLA指标体系及应用4.1 SLA指标体系基本构成确定性承载SLA指标体系由确定性承载SLA指标集、确定性承载

11、技术指标特性集和面向场景的确定性承载指标应用模板三部分构成(见图2):图2 确定性承载SLA指标体系构成(1)确定性承载SLA指标集:从需求和技术两个维度出发,定义了2大类13个SLA指标,包括了体现业务承载需求的关键特性类指标和体现承载技术能力的核心能力类指标。其中,关键特性指标是将业务端到端指标分解为承载网SLA性能指标。业务承载需求和技术能力指标集支撑了2类指标的分级。(2)确定性承载技术指标特性集:从确定性网络技术特性、工作机制、技术发展情况等方面,定I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书6图3 行业应用确定性需求程度和部署节奏

12、趋势图义了多种确定性承载技术能力特性集。其中确定性技术特性能力包括网络范围、网络接口速率、带宽及隔离特性、时延/抖动特性、可靠性、同步特性和技术成熟度等。(3)面向场景的指标应用模板:基于确定性承载SLA指标集和承载技术能力集进行结合匹配形成了面向场景的SLA应用模板。目前,指标体系定义面向行业应用4类模板和面向公众业务的1类模板。在应用方面,确定性承载SLA指标集主要面向节点设备的确定性性能指标的评估,场景模板主要面向行业应用方案综合指标的评估。在5G确定性业务承载应用中,结合确定性业务指标和承载能力指标对确定性承载SLA指标集进行分类分级是自然而合理的方法;同时,结合确定性业务SLA指标的

13、分类分级和确定性承载技术的指标特征定义典型的确定性业务指标应用模板是简化网络、促进网络新技术应用部署常用的最佳实践。因此,本白皮书依据确定性承载SLA指标体系制定了立足于承载技术特性并满足确定性业务SLA指标需求的应用模板,将对5G网络承载确定性业务起到显著的推进作用。白皮书的后续部分也将从确定性承载需求和确定性技术能力两个维度对指标体系的构建进行分析阐述。4.2 5G确定性承载需求和性能指标4.2.1 确定性承载行业应用概述根据技术和网络成熟度、应用发展情况的评估预测,5G行业应用确定性需求程度和部署节奏趋势如图3所示。7I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承

14、载网络SLA指标体系白皮书图4 5G+工业互联网行业应用场景综合分析,5G行业应用确定性需求程度较高的场景主要集中在工业互联网、智能电网和云视频类应用领域。本白皮书将聚焦这3类典型行业应用场景开展确定性承载需求分析。4.2.2 5G+工业互联网从工业互联网的角度来说,整个工业流程大体可以分为研发设计、生产制造、运维服务等环节,5G确定性网络在这些场景下都有典型的应用前景。5G与工业互联网融合应用具体可体现在八大类场景,分别为 5G+超高清视频、5G+AR、5G+VR、5G+无人机、5G+云端机器人、5G+远程控制、5G+机器视觉以及 5G+云化AGV,不同应用场景对确定性网络能力相关度存在差异

15、。本节重点分析机器视觉、AGV智能控制、远程控制、AR辅助机械手臂控制等场景对确定性网络承载技术的需求(见图4)。从带宽、时延、抖动、可靠性、时频同步等确定性网络关键特性分析,5G+工业互联网各应用场景确定性承载需求如下表:I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书8表1 5G+工业互联网确定性承载需求注:承载时延的分解原则见表14。9I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书4.2.3 5G+智能电网从业务需求维度分析,5G+智能电网主要涉及生产控制类业务和管理信息类业务两大类别。具体

16、的细分业务主要包括分布式配电自动化、同步相量测量、自动化三遥与计量、智能巡检等。电网业务主要分为生产控制大区、管理信息大区两大类。5G网络承载电力生产控制大区业务时,需提供与其他业务(包括电力管理信息大区业务或运营商公网业务)端到端物理隔离的专用通道,满足物理隔离的要求(见图5)。图5 5G+智能电网的典型应用场景总体来看, 5G+智能电网业务类型复杂,承载需求综合系统,生产类业务(电力I和II区)提出了毫秒级的确定性低时延,百纳秒量级的超高精度授时和高隔离特性的要求。其对承载网的性能指标、功能等的确定性需求如下表:I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络S

17、LA指标体系白皮书104.2.4 5G+云视频(Cloud X)4.2.4.1 5G+云虚拟现实/增强现实(Cloud AR/VR)Cloud AR/VR的关键特征是内容上云、渲染上云,利用强大的云端能力,提升VR/AR用户体验和降低终端成本,VR/AR将快速步入Cloud VR/AR,以推动VR/AR业务的快速普及。Cloud AR/VR业务体现了较强的时延敏感特性(见图6),不同的体验等级提出了差异化的确定性需求,Cloud VR/AR业务渲染及流化时延分为云端处理、网络传输、终端处理三部分。Cloud VR/AR操作时延分为云渲染时延和终端二次渲染、刷新呈现过程。表2 5G+智能电网确定

18、性承载需求表注:承载时延的分解原则见表14。11I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书从带宽、时延、抖动、可靠性、时钟同步等确定性网络关键特性分析,5G+云虚拟现实/增强现实各应用场景确定性承载需求如下表:图6 Cloud AR/VR应用场景I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书12表3 5G+云虚拟现实/增强现实确定性承载需求表注:承载时延的分解原则见表14。13I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书4.2.4.2 5G

19、+云游戏(Cloud Game)云游戏又可称为游戏点播,是一种以云计算技术为基础的在线游戏技术。云游戏技术使图形处理与数据运算能力相对有限的轻端设备能运行高品质游戏。在云游戏场景下,游戏相关计算并不在用户终端,而是在云端服务器中运行,并由云端服务器将游戏场景渲染为视频音频流,通过网络传输给用户终端。用户的云游戏体验依赖高质量、低延时的网络环境(见图7)。注:承载时延的分解原则见表14。图7 云游戏应用场景从带宽、时延、抖动、可靠性、时频特性等确定性网络关键特性分析云游戏应用场景下的确定性承载需求如下表:表4 5G+云游戏确定性承载需求表I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组

20、5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书14从带宽、时延、抖动、可靠性、时频特性等确定性网络关键特性分析,5G+云直播各应用场景的确定性承载需求如下表:4.2.5 5G确定性承载需求总结总体分析,确定性承载需求已在基于云化应用、远程控制和高体验云视频的典型场景中初步呈现,在时延/抖动确定性和高可靠性方面提出了严苛的指标要求(见图9)。4.2.4.3 5G+云直播(Cloud Vision)针对演唱会、发布会、体育赛事、突发新闻、现场活动等场景,5G云直播采用5G上行大带宽传输8K/VR视频,结合基于直播业务的视频分析、人物及场景识别、运动员及赛事数据即时呈现、VR直播互动等多种应用,提供全新且丰

21、富的赛事收视体验(见图8)。图8 5G+云直播应用场景注:承载时延的分解原则见表14。表5 5G+云直播确定性承载需求表15I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书在确定性性能指标方面,不同行业应用的确定性承载需求呈现差异性(见表6)。工业控制类应用对时延确定性和高可靠需求显著,体现低时延、低抖动和高可用性的确定性承载需求;智能电网中的控制类应用对时延确定性和高精度时间同步提出要求;基于高清视频的娱乐消费类应用对带宽和时延确定性需求显著,体现低时延和大带宽的承载需求。图9 MTN交叉隔离技术图9 行业应用对确定性网络能力需求相关度分析在5

22、G行业应用场景方面, 5G+工业互联网的机器视觉、远程控制、AGV智能控制,5G+智能电网的差动保护、相位测量(PMU),5G+云视频的云AR/VR、云游戏、云直播等典型场景均提出了较高的确定性承载需求(见图9)。I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书164.3 5G确定性承载技术的指标特性4.3.1 确定性承载技术图谱确定性承载技术图谱以5个确定性需求为驱动,提出5类网络基础能力,通过12个关键技术和机制提供确定性网络关键特性(见图10)。通过不同的技术机制和能力组合应用,最终实现了覆盖多层多域网络的5G确定性承载技术体系。基于不同技

23、术实现机制,可分为分组融合类和TDM类;遵循协议分层架构涉及L1L3层网络技术;依据网络覆盖能力包括面向局域、城域和广域的技术方案。表6 5G确定性网络承载需求总结图10 确定性承载技术图谱17I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书(1)TDM类确定性技术:TDM类确定性技术采用时分复用和时隙交叉方式提供硬隔离通道实现确定性承载能力,主要包括工作在L1层FlexE/MTN和OTN/FlexO。(2)分组融合类确定性技术:分组融合类确定性技术通过在原有分组转发机制中引入时隙/固定周期交换的类TDM机制实现确定性能力。最典型的技术包括工作在

24、L2层TSN技术,L3层的DetNet、DIP技术等。总体来看,确定性网络技术按照3类路线不断演进发展(如图11)。(1)路线1是以TDM类性技术为代表,主要包括了工作在L1层FlexE/MTN和OTN FlexO,其中MTN主要面向城域场景的5G回传和专线承载等应用,MTN技术兼具分组转发灵活性和TDM隔离优势。FlexE技术可应用于城域或广域场景提供接口级的硬隔离承载。OTN FlexO主要面向城域、广域高速互联,具备较高TDM隔离能力。(2)路线2是以分组融合类技术为代表,最典型的技术包括工作在L2层TSN技术,其主要面向局域实现音视频、移动前传、工业控制等确定性承载。同时,TSN在L3

25、网络和无线领域都实现了技术融合和扩展。TSN在L3网络的扩展包括了DetNet和确定性IP技术。DetNet支持跨域TSN网络的互联,并提出了工作在IP/MPLS L3网络上的确定性技术架构。确定性IP技术通过采用循环周期调度等机制实现IP网络内确定性和非确定性业务的混合承载。图11 确定性网络技术发展路线I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书18(3)路线3是确定性无线网技术,包括面向广域TSN over 5G和面向局域的DetWiFi技术。多种发展路线的技术相互融合,不断演进,探索在不同网络层次和不同网络部署区域提供确定性承载能力。

26、4.3.2 基于分组特性技术方案4.3.2.1 IEEE TSN技术TSN作为控制网络(OT)和信息网络(IT)融合的产物,既能满足以太局域网络的实时性和确定性,又能兼容标准以太网,实现确定性业务数据和传统以太网数据的混合传输。在技术标准发展方面,TSN系列标准已基本成熟,2018年已发布了IEEE 802.1Q-2018系列标准(见图12),其中包含的标准组件有以太网时间同步及其增强(IEEE 802.1AS),以太网转发时延控制(IEEE 802.1Qbv和802.1Qch),以太网业务可靠性增强(IEEE 802.1Qci和802.1Qca)以及以太网资源管理(IEEE 802.1Qcc

27、等)四个部分。随着TSN技术的成熟,当前IEEE 802工作组正在将TSN技术与典型应用场景结合制定相应的TSN应用特性,比如已经发布的TSN技术应用到前传场景的IEEE 802.1CM,正在制定中的TSN技术应用到车联网的IEEE 802.1DG等。图12 IEEE TSN系列标准TSN网络具有如下确定性特征: 业务类型:局域音视频、前传、工业控制和车内互联等时间敏感业务;19I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书 网络范围:TSN为局域网技术,典型的接口为以太网电接口和短距光接口,覆盖网络范围为局域园区; 接口速率:TSN面向的应用

28、主要针对音视频、工业控制、车联网等,接口速率典型从100M10GE,典型接口速率为1GE; 时延/抖动:传统音视频业务TSN桥通过基于优先级的调度(IEEE 802.1Qav)支持的端到端时延范围典型为1250ms;工业控制通过时间敏感调度(IEEE 802.1Qbv)根据控制信令周期通常支持的端到端时延范围是N*125us,抖动要求小于125us,采用时间敏感调度要求TSN网络精准时间同步,同步精度要求1us; 丢包率:传统音视频业务通常对丢包率有一定的容忍度,传统以太网接口10-12的误码率和50200ms的保护倒换时间能满足业务的需要;工业控制则对丢包率有更高的要求,TSN通过对以太网帧

29、进行复制与消除技术(IEEE 802.1CB)可以支持零丢包。TSN技术支持的确定性指标特征如下表:表7 TSN技术确定性指标特征表4.3.2.2 IETF DetNet技术DetNet工作组专注于在三层网络上进行确定性路径的数据转发,也可基于二层桥接的确定性技术(如TSN)提供确定性的时延和抖动、确定性的低丢包率,以及高传输可靠性。通过定义确定性网络架构、流和服务信息及数据模型,使用不同层级的网络技术为业务提供确定性服务保障。DetNet标准框架体系初步确立,目前已经完成了对确定性网络架构、关键流及服务信息模型、数据面框架和IP/MPLS转发面技术的定义。现阶段,DetNet已涉及的技术方向

30、覆盖了确定性的场景需求、OAM功能、资源管理、显示路由和业务保护等方面(见图13)。I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书20图13 IETF DetNet系列标准DetNet网络具有如下确定性特征: 业务类型:工业控制、智能电网、智慧医疗、云视频、车联网等; 网络范围:城域网和广域网(单一管理域),典型的接口为以太网电接口、短距和长距光接口; 接口速率:接口速率典型从1G400G,典型接口速率为50G/100G; 时延/抖动:依赖底层选取的技术; 丢包率:在RFC8964标准中,定义数据平面冗余OAM保护功能。基于时间或空间进行多个路

31、径多份流量副本的传输,最优情况可保证网络单点随机故障做到零丢包; 同步要求:DetNet技术可适用于时间同步或异步网络,对时间同步没有硬性要求。DetNet技术支持的指标特征如下表:表8 DetNet技术确定性指标特征表21I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书图14 DIP技术原理图4.3.2.3 CCSA DIP技术确定性IP技术通过在统计复用分组转发技术中增加周期性的排队和转发机制,以获取端到端数据传输的较小时延抖动的上限。确定性IP技术由边缘整形、周期映射、显式路径规划三部分组成。边缘整形在PE设备上将到达时间不太规律的报文,整

32、形到按时间划分的不同周期(T)中。周期映射负责报文在网络中的P设备或出口PE设备上逐跳转发的时延控制。通过显式路径规划控制报文的实际转发路径,并预留路径上的转发资源(见图14)。在技术标准发展方面,确定性IP技术的国内标准化工作已在CCSA的TC3工作组开展,并已发布了电信网络的确定性IP网络的总体架构和技术要求。目前涉及设备技术要求、控制面技术和测试要求的多个标准都在积极推进中。DIP现阶段处于标准研制和技术研究阶段,尚无商用案例。DIP网络具有如下确定性特征: 业务类型:工业控制、新型多媒体、智慧城市、车联网等; 网络范围:城域网和广域网,典型的接口为以太网电接口、短距和长距光接口; 接口

33、速率:接口速率典型从1G400G,典型接口速率为50G; 时延/抖动:典型周期(T)10us情况下,单节点时延在3050us级别,端到端抖动在30us级别。采用同步以太和1588v2时钟同步技术,同步精度要求端到端百ns级别;I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书224.3.3 基于TDM特性技术方案4.3.3.1 FlexE接口/MTN通道交叉技术FlexE接口/MTN通道交叉技术主要基于L1层系统,兼具了分组转发灵活性和TDM隔离优势。MTN通道交叉技术主要面向行业应用场景,支持5G和综合业务的新型承载网管道技术。目前,包含MTN通

34、道技术的SPN设备已经规模商用。在技术标准发展方面,SPN技术在CCSA TC6已经完成主要技术的标准化工作,已发布SPN总体技术要求,即将发布SPN设备技术要求;同时,MTN技术已形成一套完善的ITU-T新一代5G传送网国际标准体系,其中MTN接口(G.8312)、架构(G.8310)、演进(G.sup69)三项标准已于2020年9月发布,设备(G.8321)、保护(G.8331)、管控(G.8350)、同步(G.mtn-syn)等,尚处于标准制定过程中。FlexE接口/MTN通道交叉技术具有如下确定性特征: 业务类型:面向行业应用场景,支持5G回传和综合业务承载; 网络范围:城域接入、汇聚

35、和核心; 接口速率:FlexE接口速率50G400GE以太网,MTN接口速率50G200GE以太网; 时延/抖动:FlexE接口支持时延2050us,抖动10us量级;MTN通道交叉时延110us;抖动1us量级; 网络切片故障快速倒换功能,可以实现物理层、链路层、网络层的故障快速倒换机制,网络层故障倒换时间小于50ms。DIP技术支持的指标特征如下表:表9 DIP技术确定性指标特征表23I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书4.3.3.2 FlexO/OTN技术 OTN技术定位于骨干网和城域网,主要用于大带宽和长距离的应用部署。OTN

36、技术定义了不同速率的ODUk容器,通过不同的映射机制将各种不同类型、不同速率的客户业务封装映射到ODUk容器的帧格式中实现统一承载;并可将OTN业务调制转换成带波长的光信号,再将不同波长的OTN业务汇聚到一根光纤中,从而实现长距离大容量业务传送。OTN技术在骨干网和城域核心网络支持单波长100G/200G/400G及以上速率的承载,并通过FlexO(Flex OTN)技术利用现有的100G模块,通过指定的帧格式处理,用N个100G模块来满足超100G信号的传输,即用FlexO支持超100G的OTUCn互联接口。一组FlexO接口通过绑定标准速率接口(例如n100G)来提供一个可适配OTUCn(

37、n1)信号传送。OTUcn复用于FlexO接口的复用结构见下图15。表10 FlexE/ MTN技术确定性指标特征表FlexE接口/MTN通道交叉技术确定性技术指标特征如下表:I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书24图15 OTN/FlexO帧结构示意图OTN网络具有如下确定性特征: 业务类型:支持固定速率业务(CBR)和分组业务综合承载,按照ODUk容器颗粒分配业务带宽,典型ODUk容器带宽为1.25G10G; 网络范围:支持城域和骨干网超长距组网互连; 接口速率:支持OTN接口速率从10G100G以及超100G FlexO接口;

38、时延/抖动:节点时延约2050us,具体时延与OTN容器大小有关; 可靠性:网络层支持50ms保护倒换;OTN技术支持的指标特征如下表:表11 OTN技术确定性指标特征表4.3.4 5G确定性承载技术指标特性4.3.4.1 5G确定性承载技术发展成熟度25I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书图16 5G确定性承载技术发展成熟度4.3.4.2 5G确定性承载技术指标特性确定性承载技术主要是源于TDM技术以及TDM技术和统计复用技术的融合,通过技术融合解决承载业务的网络资源使用方式,从而保障业务的确定性承载需求。完全的TDM技术为承载的业

39、务提供独占的网络资源,支持资源的硬隔离和确定性的承载指标。完全的分组统计复用技术为所承载的业务提供共享的网络资源,通过指定的资源使用方式来支持统计意义上的确定性承载指标。融合技术则在资源的独占性和共享性之间取得一定的平衡,提升确定性的承载指标并支持综合业务的承载。另外,由于不同技术在应用场景、技术特性、技术能力和技术成熟度上的差异,其主要承载指标也存在一些明显的特性。基于以上分析,典型确定性承载技术的指标特性如下表:根据上述典型技术介绍,分析可知各类确定性技术和标准在发展成熟度上存在差异(见图16)。(1)FlexE、MTN技术与标准发展成熟,在5G承载场景已实现规模商用部署。在技术标准、芯片

40、、设备、仪器仪表、网络部署和行业应用方面已基本形成了完整产业链。(2)TSN技术标准基本成熟,规模部署能力仍有待提升。在应用方面,TSN相关的测试、推广及产品认证工作正在有序开展,但TSN本身技术特性和实现机制制约其在在城域和广域网中部署,需突破在接口速率、网络转发跳数、复杂拓扑集中配置能力、与存量工业网络互通能力方面的技术限制。(3)DIP技术标准仍待成熟,目前已开展了广域场景下的实验测试,但无商用案例。 (4)DetNet技术标准待成熟,仍处在需求场景收敛和架构完善阶段,缺乏实际应用部署。I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书26表

41、12 确定性承载典型技术的指标特性表27I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书总体来看,在确定性能力实现方面,各类技术的带宽确定性和切片能力基本实现,确定性时延和抖动需优化提升。从技术实现机制上,采用时隙/周期调度机制、全网时间/频率同步、资源预留成为多种确定性网络技术共性特征。TDM增强分组能力,分组融合TDM机制,寻求资源利用率和隔离特性间的技术平衡点成为多种确定性网络技术探索方向。4.4 5G确定性承载分类分级SLA指标基于以上确定性业务典型承载需求分析和确定性承载技术特性分析,5G确定性承载网络需要结合2方面的指标分析指导网络方

42、案设计和组网应用。为了更加有效的承载各种确定性业务和支撑网络设计和建设,需要有一套行之有效的5G确定性承载网络SLA指标体系。4.4.1 SLA指标分类建议5G确定性承载SLA指标分类严格遵循了确定性承载定义的业务指标和技术能力两个维度展开,包括关键特性指标和核心能力指标两大类。图17 5G确定性承载分类SLA指标I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书28(1)关键特性指标关键性能指标主要包括可进行定量测试的网络性能类指标,体现了确定性承载网络的外部特性能力,具体指标定义如下: 承诺带宽:网络可承诺的带宽转发能力,包括承诺保证带宽(CI

43、R)和容许保证带宽(PIR)。确定性带宽与网络的通道或接口类型相关,在不同的网络层次存在带宽聚合和汇聚的场景,以提升网络的利用率。吞吐量是衡量网络确定性带宽最直接的验证方式。 确定性时延:网络可保证的确定性时延的上界,部分确定性业务要求低时延、低抖动。网络时延主要由节点内处理时延、发送时延(接口时延)、光纤链路传播时延等组成。 确定性抖动:网络可保证的确定性的时延上界和下界,部分确定性业务要求低时延、低抖动。节点的处理时延(包括排队时延)是造成抖动的主要因素,通过增加抖动缓冲可降低抖动的影响,但会相应增加网络时延。 确定性丢包率:网络可保证的确定性的业务转发丢包率。造成网络丢包的因素主要包括网

44、络传输过程中丢包和网络拥塞时设备主动丢包两种情况,丢包是引起确定性业务网络服务质量下降的重要原因。 时频同步精度:网络可提供的高精度时间同步和定位服务的支撑能力。(2)核心能力安全可靠类指标核心能力安全可靠类指标体现了确定性承载网络的安全隔离能力和可靠性能力,具体指标定义如下: 安全隔离度:体现网络支持的隔离/切片能力,包括采用VPN、QoS队列等机制的软隔离切片和采用TDM通道等隔离的硬隔离切片。 可靠性:体现网络支持的保护/恢复能力,包括网络层的保护/恢复机制、业务层的保护/恢复机制。(3)核心能力资源管控类指标核心能力资源管控类指标体现了确定性承载网络支撑便捷运维和智能运维的能力,具体指

45、标定义如下: 可监测指标:体现业务、隧道、通道路径和拓扑资源可视的能力。 可测量指标:体现带外OAM、带内OAM的丢包/时延/流量性能指标测量的能力。 可管控指标:体现基于SLA指标上限的路径计算、优化和资源预留的能力。29I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书(2)核心能力安全可靠类指标分级 可分析预测指标:体现基于人工智能/机器学习+数字孪生的性能、资源数据的分析、推断预测能力。4.4.2 SLA指标分级建议5G确定性承载SLA指标的分级依据了确定性业务承载指标(见表1表6),结合了业务应用范围和网络传输距离等因素综合确定。5G确定

46、性承载SLA指标分级具体如下图18图20: (1)关键性能指标分级:图18 关键性能指标分级I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书30图19 基础能力安全可靠类指标分级图20 基础能力资源管控类指标分级(3)核心能力资源管控类指标分级:注:高等级资源管控类指标需同时支持本等级及以下所有低等级的功能31I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书图21 承载网络时延构成承载网络时延可建模分解为光纤线路、PE和P节点设备处理时延组成(见图21),具体可采用以下公式表示:承载网时延=2*PE

47、节点+N*P节点+光线路长度(公里)*5us/公里,采用不同承载技术的PE和P节点时延存在差异(如下表)。4.4.3 承载SLA指标分解原则5G端到端业务指标通常包含了无线接入网、承载网、核心网三部分,5G确定性承载SLA指标需将端到端业务指标分解成相应的承载网指标。依据各类指标构成和特性的不同,采用了性能建模分析、源宿端扣除和等效继承3类方法实现承载网指标的分解。具体的分解原则如下:(1)时延指标分解原则时延指标分解采用了性能建模分析法,综合考虑线路长度和承载设备节点处理时延,通过对采用不同技术机制的节点时延和线路时延的分析建模支撑承载时延的分解。5G网络包括无线、承载网和核心网三大部分,无

48、线和核心网的时延受空口质量、覆盖距离和上下行时隙配比等因素影响。承载网的时延分为光纤线路时延、设备转发时延、排队调度时延。现阶段承载网时延分解需综合考虑承载网络时延特性、传输距离和应用组网等因素进行评估。I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书32表13 不同承载技术PE和P节点时延表表14 承载时延分配表通过时延性能建模计算各类承载技术时延特性,结合光纤传输距离和应用组网等因素,承载网建议按如下规则进行时延指标的分解和评估:承载网的时延分为光纤线路时延、设备转发时延、拥塞调度时延,承载网的时延分配会影响业务需要终结的位置,现阶段承载网建

49、议按如下规则进行时延指标的分解和评估(如表14): 端到端业务时延10ms情况,承载网需满足时延12ms,传输距离要求不超过10km(线路时延0.05ms),主要面向园区网络的确定性业务场景; 端到端业务时延20ms情况,承载网需满足时延25ms,传输距离要求不超过100km(线路时延0.5ms) ,主要面向城域范围内的确定性业务场景; 端到端业务时延2050ms情况,承载网目标时延510ms,传输距离要求不超过250km(线路时延1.25ms),主要面向城域范围内的确定性业务场景;33I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书 端到端业务

50、时延50100ms情况,承载网目标时延10ms30ms,传输距离要求不超过500km(线路时延2.5ms),主要面向省间区域范围内的确定性业务场景; 端到端业务时延100ms以上的情况,承载网目标时延30ms50ms,传输距离要求不超过1000km(线路时延5ms),主要面向广域范围内的确定性业务场景。(2)时频同步指标分解原则时频同步指标分解采用了源宿端扣除法。5G端到端时频同步指标包括时间源、传递链路、业务终端三部分组成,源宿端扣除法通过扣除时间源和业务终端部分的指标要求,提出了对承载网的时频同步能力要求。现阶段5G承载网需支持百纳秒级超高精度、微秒级高精度两个级别时频能力,也可通过控制节

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