端到端5G網(wǎng)絡(luò)切片關(guān)鍵技術(shù)研究

王 全

（中興通訊股份有限公司，南京　210012）

1　引言

5G時(shí)代新的通信需求對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上和商業(yè)模式上提出了種種挑戰(zhàn)。由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能力的限制，當(dāng)前不同行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)需求只能通過專用網(wǎng)絡(luò)來滿足，傳統(tǒng)的煙囪式架構(gòu)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)越建越復(fù)雜，運(yùn)維困難。高投入、低效率抑制了產(chǎn)業(yè)發(fā)展和商業(yè)機(jī)會(huì)。

虛擬化、SDN以及云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使未來的不同垂直行業(yè)服務(wù)可以運(yùn)行在同一套物理基礎(chǔ)設(shè)施上生成的相互隔離的5G網(wǎng)絡(luò)切片中。5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)將催生新的商業(yè)模式，助力行業(yè)與社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2　端到端5G網(wǎng)絡(luò)切片解決方案

5G業(yè)務(wù)具有多樣化的場(chǎng)景需求，其主要移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)包括三大典型場(chǎng)景：uRLLC（低時(shí)延高可靠）、eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）和mMTC（大連接低功耗）。其中，uRLLC聚焦高可靠、低時(shí)延的業(yè)務(wù)，如自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程控制等，滿足人們對(duì)數(shù)字化工業(yè)的需求；eMBB聚焦對(duì)帶寬極高要求的業(yè)務(wù)，如4K高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等，滿足人們對(duì)數(shù)字化生活的需求；mMTC則是海量的機(jī)器通信，滿足物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)自動(dòng)化的通信需求。這三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景（eMBB、uRLLC、mMTC）的服務(wù)特征有非常明顯的差別，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的速率、移動(dòng)性、安全性、時(shí)延、可靠性、計(jì)費(fèi)等需求各不相同，但并不意味著電信運(yùn)營(yíng)商需要為每個(gè)服務(wù)建設(shè)專用網(wǎng)絡(luò)，否則網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本巨大并且運(yùn)維復(fù)雜。而5G的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠解決這一問題。

圖1　端到端5G網(wǎng)絡(luò)切片解決方案

如圖1所示的端到端5G網(wǎng)絡(luò)切片解決方案，使運(yùn)營(yíng)商能夠在同一個(gè)硬件基礎(chǔ)設(shè)施上切分出多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，為不同類型的5G場(chǎng)景提供不同的通信業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)能力。網(wǎng)絡(luò)切片具備以下特征：

（1）資源共享，降本增效：在物理上，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片運(yùn)行在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上，可以大大降低建網(wǎng)成本，提高物理資源的利用率，降低TTM（Time to the Market）。

（2）邏輯隔離，安全可靠：在邏輯上，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片是安全隔離的，各自具有獨(dú)立的生命周期，一個(gè)切片的故障不會(huì)影響到其他切片的通信。

（3）按需定制，敏捷彈性：網(wǎng)絡(luò)切片是基于云原生架構(gòu)面向服務(wù)的，可以根據(jù)場(chǎng)景需求按需定制，支持根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)切片資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，提供有保障的SLA。

（4）端到端，全面滿足差異化網(wǎng)絡(luò)需求：網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是端到端的，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例覆蓋終端設(shè)備、接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)多個(gè)領(lǐng)域。

3　端到端網(wǎng)絡(luò)切片的組網(wǎng)和關(guān)鍵技術(shù)

在構(gòu)建端到端網(wǎng)絡(luò)切片時(shí)，涉及到的每個(gè)域的網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)數(shù)據(jù)都可以單獨(dú)設(shè)置和按需調(diào)整，從而使得切片端到端的網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)質(zhì)量、安全性等資源能得到充分保證。

（1）接入網(wǎng)：通過解耦及功能重構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，并通過MEC提升用戶體驗(yàn)。解耦和功能重構(gòu)，不僅包括“業(yè)務(wù)請(qǐng)求與空口資源分配之間的解耦”（通過QoS、GBR、ARP等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及用戶簽約數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與資源的松耦合），還包括對(duì)接入網(wǎng)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)軟硬件功能分離解耦。實(shí)現(xiàn)解耦后，通過對(duì)BBU功能重構(gòu)，CU/DU分離，CU集中方式部署用以運(yùn)行非實(shí)時(shí)性功能，DU按需分布式部署用以運(yùn)行高實(shí)時(shí)性功能，可以實(shí)現(xiàn)性能協(xié)調(diào)和實(shí)時(shí)性能優(yōu)化，有助于網(wǎng)絡(luò)資源的按需調(diào)度，提供接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)切片能力。

MEC將虛擬化的業(yè)務(wù)平臺(tái)引入無線網(wǎng)絡(luò)中，有效實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)錨點(diǎn)下沉，縮短業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)將計(jì)算能力下沉到移動(dòng)邊緣節(jié)點(diǎn)，能夠快速利用邊緣節(jié)點(diǎn)本地內(nèi)容和實(shí)時(shí)信息，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、服務(wù)及應(yīng)用可以更快地分發(fā)和下載，從而有效緩解移動(dòng)核心網(wǎng)的壓力，改善了電信服務(wù)環(huán)境，讓用戶享有更高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

（2）傳輸網(wǎng)：基于SDN的IP+光協(xié)同，提供傳輸資源的按需切片能力。傳輸網(wǎng)絡(luò)的資源分配和安全隔離在整個(gè)端到端網(wǎng)絡(luò)切片中非常關(guān)鍵。中興通訊的端到端網(wǎng)絡(luò)切片通過SDN為各種云之間提供復(fù)雜的連接，滿足租戶的跨廣域網(wǎng)分布和虛機(jī)的跨域遷移，并自動(dòng)適應(yīng)業(yè)務(wù)調(diào)整，通過開放可編程接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)端到端編排。此外，SDN化的骨干網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)IP層與光層的協(xié)同優(yōu)化，業(yè)務(wù)帶寬及SLA（Service Level Agreement）自動(dòng)按需調(diào)整，實(shí)現(xiàn)流量的全局優(yōu)化調(diào)度，降低傳輸成本。

（3）核心網(wǎng)：基于面向服務(wù)的云原生架構(gòu)，敏捷按需構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)功能和切片。5G核心網(wǎng)基于云原生架構(gòu)，以容器為載體，打破網(wǎng)元邊界，將所有功能拆分成細(xì)粒度微服務(wù)組件，按需積木式快速搭建網(wǎng)絡(luò)功能。具備以下幾個(gè)特征：

服務(wù)組件化，滿足網(wǎng)絡(luò)切片的敏捷按需構(gòu)建：將應(yīng)用分割成一系列功能原子化的微服務(wù)組件，每個(gè)服務(wù)專注于單一業(yè)務(wù)功能。設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)切片時(shí)，從組件庫中調(diào)用組件，積木式地靈活拼裝構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)切片。

無狀態(tài)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)彈性、故障恢復(fù)：采用無狀態(tài)分層設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用與數(shù)據(jù)的分離，可以實(shí)現(xiàn)快速的網(wǎng)絡(luò)彈性、故障清除等。

輕量級(jí)虛擬化，促進(jìn)快速交付和敏捷維護(hù)：容器技術(shù)具備快速彈縮、輕量級(jí)、高性能等優(yōu)勢(shì)。云原生應(yīng)用在容器中部署，實(shí)現(xiàn)資源利用率的提升和業(yè)務(wù)的快速交付、敏捷維護(hù)。

4　端到端自動(dòng)化切片運(yùn)維DevOps助運(yùn)營(yíng)商打造輕盈網(wǎng)絡(luò)

5G時(shí)代網(wǎng)絡(luò)切片的種類和數(shù)量一定是龐大的，網(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計(jì)部署運(yùn)維的自動(dòng)化程度將直接影響服務(wù)推廣創(chuàng)新的速度和商業(yè)機(jī)會(huì)的把握。而中興通訊Carrier DevOps Builder是全球首個(gè)可商用的電信級(jí)DevOps環(huán)境，提供端到端的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)切片運(yùn)維。具備以下特點(diǎn)：

（1）向?qū)角衅O(shè)計(jì)。向?qū)綀D形化界面、拖放式設(shè)計(jì)模式，豐富的切片模板，支持切片模型快速生成，使運(yùn)維人員能夠輕松完成從業(yè)務(wù)網(wǎng)元到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)再到5G網(wǎng)絡(luò)切片的自定義過程。

（2）端到端編排，分鐘級(jí)部署。支持網(wǎng)絡(luò)切片的一鍵部署，使業(yè)務(wù)能夠分鐘級(jí)發(fā)布上線。通過在線智能檢測(cè)模塊，全面保障業(yè)務(wù)上線前的正確性。支持端到端的資源編排和協(xié)同，縱向支持業(yè)務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層以及資源層的監(jiān)控和協(xié)同；橫向支持跨RAN、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)等不同領(lǐng)域的監(jiān)控和協(xié)同，提供實(shí)時(shí)的切片狀態(tài)監(jiān)控，并通過自動(dòng)化協(xié)同，保障網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。

（3）AI驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)運(yùn)維。網(wǎng)絡(luò)切片編排系統(tǒng)具備資源狀態(tài)感知能力，并根據(jù)事先定義的策略，自我決策，真正實(shí)現(xiàn)Zero-Touch。

圖2　Carrier DevOps Builder“8字型”運(yùn)維模式

如圖2所示，Carrier DevOps Builder完整的“8字型”運(yùn)維模式，使快速創(chuàng)新業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)智能保障成為可能。

DevOps 目標(biāo)是降低研發(fā)、運(yùn)維與運(yùn)營(yíng)部門的溝通成本，提升研發(fā)效率，縮短應(yīng)用上線時(shí)間，打破部門隔閡做到快速響應(yīng)。DevOps 目前在IT 領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，對(duì)苦于業(yè)務(wù)條塊化分割的電信業(yè)來說，DevOps 可以提升運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，降低運(yùn)營(yíng)商CAPEX 和OPEX。

基于大數(shù)據(jù)分析的策略閉環(huán)控制DevOps 系統(tǒng)，為VNF/NS 開發(fā)者或者運(yùn)營(yíng)商服務(wù)設(shè)計(jì)人員提供從開發(fā)設(shè)計(jì)到部署托管全生命周期DevOps 服務(wù)，支持運(yùn)營(yíng)商以及合作伙伴向未來敏捷交付的DevOps 模式轉(zhuǎn)型，使網(wǎng)絡(luò)具備了自優(yōu)化以及自愈能力，加速了運(yùn)維自動(dòng)化進(jìn)程。通過“設(shè)計(jì)-部署-運(yùn)行-分析-再設(shè)計(jì)”這種自我進(jìn)化的能力不斷優(yōu)化客戶體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)。未來引入人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)智能策略預(yù)測(cè)，進(jìn)一步加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)運(yùn)維的智能化體系構(gòu)建。

5　結(jié)束語

在2018 年可能會(huì)有少量5G eMBB 場(chǎng)景的商用，和3/4G網(wǎng)絡(luò)接近，也可以體現(xiàn)如高速率，C/U 分離，在軟件構(gòu)架上體現(xiàn)服務(wù)化的特征。2019 年可能會(huì)有5G uRLLC 場(chǎng)景試商用，此時(shí)需要部署5G的核心網(wǎng)?？梢灾С?K/8K 高清視頻，AR/VR 等業(yè)務(wù)；但是像諸如車聯(lián)網(wǎng)，D2D 鄰近通訊等業(yè)務(wù)因?yàn)槠渌陀^因素會(huì)來得晚一些。5G 將在2025 年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

面對(duì)復(fù)雜多變的5G場(chǎng)景，任何信息服務(wù)提供商都很難提供全部的信息服務(wù)，開放融合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)尤為重要，運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商和各垂直行業(yè)需要共同合作，為用戶提供高效的、多樣化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。電信級(jí)DevOps，實(shí)現(xiàn)端到端自動(dòng)化切片運(yùn)維，使運(yùn)營(yíng)商運(yùn)維更加簡(jiǎn)便、輕盈，推進(jìn)5G創(chuàng)新，助力社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

[1]ETSI GS NFV 001：“Network Functions Virtualisation（NFV）；Use Cases”.

[2]ETSI GS NFV 002：“Network Functions Virtualisation（NFV）；Architectural Framework”.

[3]ETSI GS NFV 003：“Network Functions Virtualisation（NFV）；Terminology for Main Concepts in NFV”.

[4]ETSI GS NFV 004：“Network Functions Virtualisation（NFV）；Virtualisation Requirements”.

[5]方琰崴.中興通訊云化核心網(wǎng)vCN助運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)變革，通信世界，2018.

[6]朱建軍，方琰崴.面向服務(wù)的5G云原生核心網(wǎng)及關(guān)鍵技術(shù)研究，數(shù)字通信世界，2018.