關于5G切片端到端的研究

摘 要 5G切片技術的引入，使運營商實現從傳統的專用電信網向通用網絡平臺的轉變成為可能。本文從客戶對切片網絡的需求角度出發，研究分析了從終端到核心網端到端切片網絡的架構、所用到的關鍵技術，以及切片相關的實現流程。

關鍵詞 切片;隔離;編排;微服務FlexE S-NSSAI

背景概述

當前移動2C用戶已經飽和，行業/企業領域還是一片藍海。切片技術將使運營商能夠按照企業/行業需求提供滿足要求的管道，通過技術創新來達到商業創新，實現從傳統的專用電信網向通用網絡平臺的轉變。切片的根本驅動力是用IT的思想來驅動CT，使行業實現網絡數字化及ICT融合。

3GPP明確一個切片由用于支持特定用例的一組邏輯網絡功能組成，按照運營商需要的方式，將終端引導接入正確的切片。網絡切片支持一個特定的連接類型的通信服務，并為這個服務提供控制面和用戶面特定的處理方法。

1客戶對切片網絡的需求

從客戶角度，理論上本身是不需感知切片網絡，只是提業務訴求;不同客戶的業務訴求層次不同，層次越高需要的資源越多，從技術和商業模式的實現成本越高，對于運營商網絡而言，就需要考慮通過網絡切片有效的去解決這個差異化問題。

大部分客戶對切片網絡切片的需求是運營隔離服務而不是網絡隔離;而運營商更關心的是如何實現集成承載各類客戶的不同需求;最終切片網絡也就出現兩種表現形式：

（1）基于租戶定制：類似電網這種有特別需求的。

（2）基于業務性質：類似NBIOT，由相同業務性質的用戶共享。

2端到端切片網絡的構建

切片不僅僅是和核心網相關，還涉及無線、承載，是個端到端的解決方案。可以從下面的網絡切片管理總體架構對切片有個宏觀的認識。

2.1 核心網

核心網的NFV和微服務化架構是實現靈活切片的基礎。核心網切片架構可按服務等級大概分為完全共享、用戶面獨立、獨立切片三種形態，提供從低到高的隔離度和差異性;無論是按哪種形態，本質上在核心網切的不是網絡功能，而是下面的計算資源;服務等級越高，組網復雜度也會越來越高，共享主機組計算資源粒度已無法滿足要求，需要配置獨立主機組，計算資源的利用率也會隨之降低。

基于原生云化的服務化架構，可以實現資源的動態分配、網絡功能靈活編排。微服務是應對5G業務敏捷的基礎技術，而容器技術則是微服務的最佳承載。

2.2 傳輸承載網

對于承載傳輸，天生就是基于網絡資源層面切片實現的，可以同時支持VLAN QoS的調度軟隔離，以及FlexE交叉/OTN的硬隔離。

作為一項不可或缺的關鍵技術，FlexE技術是在MAC層PCS層之間增加FlexE Shim層，基于Calendar分發機制在物理層上傳輸。FlexE技術主要用于實現接口分片，即在一個物理接口上分片出多個邏輯接口。

同一個物理端口，承載不同業務時，通過FlexE Shim層分發到不同的子MAC，實現業務之間的隔離;物理端口帶寬不夠時，通過FlexE Shim層分發到多個物理端口，實現端口的捆綁功能。

基于時隙調度的FlexE硬管道實現了嚴格按帶寬的分配和隔離;單個FlexE硬管道內不同用戶/業務使用FlexE子接口實現優先級調度體現差異。

2.3 無線接入網

5G RAN實現切片的方法主要有3種：

（1）無頻譜隔離，QoS優先級調度

所有切片用戶均能接入，不做資源預留;不同業務（切片）通過配置不同的目標速率（QoS體現）以差異化優先級方式共享頻譜資源，高優先級切片的用戶可優先占用RB資源。

（2）頻譜分割，RB隔離

所有切片用戶均能接入，可以根據業務需求配置切片組，并預留RB資源給對應的切片組，同切片組的RB資源可以是彼此隔離的。同切片保留頻譜會導致頻譜碎片化，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

不同的切片用戶接入不同載波，將不同（類型的）業務切片組劃分到不同的載波承載;不同頻點具備差異化的承載硬能力（吞吐率，時延等），在每個頻點、片用戶間仍可通過不同的調度優先級體現差異化。

2.4 終端

終端是支持切片端到端的重要環節和關鍵技術，這里的終端包括了手機、CPE和內嵌通信模組的行業設備。終端支持切片需要至少明確三方面能力：

（1）支持32bit的切片標識S-NSSAI（8bit的SST和24bit的SD），以便運營商據此標識租戶、業務等信息

（2）支持運營商規定的最小可附著的切片數，協議要求是最多可以同時附著在8個切片上

（3）支持URSP，URSP的細則需要結合切片商品設計、切片用戶需求進行細則設計，并逐步更新、優化

3切片流程

（1）PCF把UE 路由選擇策略通過AMF發給UE，UE用來關聯APP-ID和S-NSSAI（切片ID）。

（2）UE創建PDU會話時，根據URSP選擇APP對應的S-NSSAI，SMF分配對應的UPF，同時gNB通過配置將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，承載網和核心網側的互通流程也類似，實現E2E 的切片互通。

4結束語

切片，除了對I層技術提出需求，特別是核心網領域之外，更本質的是運營管理技術的創新。切片從商業角度看是典型的端管云協同的執行，同時產生了新的商業角色和商業生態，甚至切片產業推進的真正核心力量從角色上是云提供商，而不是運營商。

參考文獻

[1] 曹士明.試論5G安全威脅及防護技術[J].中國新通信，2020，22 （13）：143-144.

[2] 陳峰，譚亞運，畢以峰.5G核心網網絡架構及關鍵技術研究[J].數字通信世界，2020（07）：77，82.

作者簡介

趙懷民（1980-），男，山東人，畢業院校：西北大學，專業：電信專業，學歷：本科;現就職單位：中國電信北京公司，研究方向：移動網絡規劃優化。