面向智能化切片的服務化等級保障技術增強和研究*

夏旭，梅承力

（中國電信股份有限公司研究院，北京 102209）

0 引言

網絡切片技術是5G網絡為不同應用場景提供差異化服務的關鍵技術。通過網絡切片，運營商在一個通用物理平臺上構建多個專用的、虛擬的、隔離的、按需定制的邏輯網絡，來滿足不同行業用戶對網絡能力的不同需求（如時延，帶寬，連接數等）[1]。除了按需定制、安全隔離的核心能力外，還有對行業應用至關重要的“切片服務等級保障”（SLA,Service Level Assurance）[2]。它使得5G網絡切片可以給行業應用提供可定制、可感知、可預期的通信服務質量，并將其作為完整業務系統中的一環，實現對業務質量的端到端管控。

此外，用戶對網絡切片的了解需要一定的認知過程，清晰的SLA指標有助于行業用戶直觀感受到網絡切片所能提供的服務類別及其差別，并參考SLA標準所定義的服務等級，選擇適合自己行業業務特性的網絡切片服務，從而降低了行業間溝通的壁壘。網絡切片SLA作為提供通信服務的服務協議，需要把運營商與網絡切片客戶簽約的業務需求信息傳遞到運營商的網絡中。對于需要新創建一個切片的場景，切片管理系統根據租戶對切片的SLA要求（如切片列表、PLMN列表、最大用戶數、切片服務區域、切片端到端時延、切片中終端的移動等級、切片資源共享等級）進行各域（接入網、傳輸網、核心網等）的SLA分解，進而進行各域資源配置，包括帶寬、時延等[3]。

切片SLA對于網絡切片的創建、運行、更新和監控過程起著重要的作用，尤其在切片運行過程中，切片管理系統可基于切片SLA進行資源調度或者配置，因此評估切片SLA使運營商能夠準確感知和評估各類業務的服務質量，以便進行服務質量的保障。然而，對于網絡切片用戶來說，其面臨的場景更復雜，在切片運行過程中，由于缺乏實時監控切片中的業務體驗，使運營商無法有效評估各類業務的服務質量?；谝陨弦蛩兀山柚?GPP引入的網絡數據分析功能（NWDAF,Network Data Analytics Function）網元[4]，基于業務體驗數據構建基于人工智能（AI）的網絡切片業務模型訓練[5]，通過對網絡切片SLA的評估，進而實時監控切片中的業務體驗，從而準確感知用戶體驗到的業務質量，可以對網絡進行精準、動態調整。

此外，國內外標準組織（包括3GPP、NGMN、ITU、ETSI、IETF和GSMA等）均已開展將AI應用于網絡切片的研發等工作中。3GPP SA2制定的全新5G核心網架構中引入了新的網絡功能NWDAF，主要用于數據分析，并向網絡功能提供數據分析的結果[6]。

目前仍然缺乏將AI技術、NWDAF和網絡切片管理系統融合的網絡切片SLA增強研究。因此本文將結合5G網絡切片SLA在典型行業的需求，5G網絡切片SLA保障技術實現流程，AI技術，網元NWDAF實現切片SLA保障技術增強研究，并通過智能電網的應用案例實現切片SLA保障技術增強過程，最后總結智能化切片的SLA保障技術的不足。

1 切片SLA在典型行業的需求

5G網絡切片是5G服務垂直行業的關鍵切入點，可以為不同行業用戶提供差異化服務，而差異化服務的關鍵指標就是服務等級協議（SLA）。

5G+醫療健康是融合5G技術和醫療技術而衍生出的新領域。目前5G+醫療健康領域應用場景主要包括三大類：一是基于圖像與視頻實時交互的診斷指導類應用，比如實時遠程會診、無線手術示教等；二是基于力反饋的遠程操控類應用，比如遠程機器人手術等；三是基于無線采集類的監測與護理類應用，比如無線輸液、移動護理、患者實時位置監測等。

不同的應用場景對網絡的服務能力需求有很大差異。對于實時遠程會診，需要網絡提供大帶寬和低時延的通信保障，確保雙方交互時音畫傳輸流暢、延遲較低。與遠程會診等應用不同的是，遠程機器人手術為有創操作，延遲或錯誤的操作將造成嚴重的后果，甚至危及生命?；谏鲜鰬妙愋蛯νㄐ判枨蟮姆治觯袊磐ㄔ禾岢龅摹?G端到端切片SLA行業需求研究》白皮書中將醫療行業SLA標準分級可分為三大類：基于圖像與視頻實時交互的診斷指導類切片、基于力反饋的遠程操控類切片、基于無線采集的監測與護理類切片。

5G在工業制造行業的應用可分三大類，包括基于上行高帶寬的外圍服務類應用、基于海量信息采集的輔助生產類應用和基于高可靠精準控制的生產核心類應用?；谏闲懈邘挼耐鈬疹悜茫饕愿咔逡曨l監控為主，上行帶寬需求明顯高于下行帶寬?；诤Ａ啃畔⒉杉妮o助生產類應用，終端接入數量比較龐大，有些場景數以萬級，信息上報頻次比較高，租戶對資源有隔離度需求，與其他切片資源保持隔離，數據完整持續穩定即可滿足需求?；诟呖煽烤珳士刂频纳a核心類應用屬于企業的關鍵性生產制造環節，對通信系統的時延和可靠性要求最高。

基于工業制造行業對通信需求的分析，在中國信通院提出的《5G端到端切片SLA行業需求研究》白皮書中將制造行業SLA標準分級分為三大類：基于上行高帶寬的外圍輔助類切片、基于海量信息采集的輔助生產類切片、基于高可靠精準控制的核心生產類切片。同樣，基于電力行業對通信需求的分析，在中國信通院提出的《5G端到端切片SLA行業需求研究》白皮書中將電力行業SLA標準分級可分為三大類：基于高清視頻的巡檢類切片、基于低時延的電網控制類切片、基于無線采集的監測類切片。

不同的場景對網絡的性能有不同的需求，因此，清晰的SLA指標有助于行業客戶清楚網絡切片與自身應用場景相匹配。此外，中國信通院在《5G端到端切片SLA行業需求研究》白皮書提出企業對于網絡的需求存在“馬斯洛模型”，基本層級是從基礎的業務可用，到安全可信，再到自主可控?！榜R斯洛模型”如圖1所示：

圖1 企業對網絡需求的“馬斯洛模型”

2 切片SLA的要求和實現

網絡切片SLA作為切片服務提供商和行業用戶之間的業務保障協議，在5G行業應用拓展和商業化中發揮關鍵作用。因此，5G網絡切片SLA保障技術對實現跨域的質量保障非常重要。5G網絡切片SLA保障技術主要包括網絡切片SLA各域指標分解要求和端到端切片SLA質量保證技術要求。

網絡切片SLA是運營商與網絡切片客戶之間簽訂的業務協議中的一部分，網絡切片SLA中包含了網絡切片客戶對于運營商提供的服務及網絡的相關需求。網絡切片管理功能（NSMF）將網絡切片實例的屬性要求（Service Profile）分解為無線、承載和核心網三個專業領域分別的切片子網屬性要求（Slice Profile），然后傳遞到無線、承載和核心網三個專業領域的網絡切片子網管理功能。端到端網絡切片分解包含CN/AN/TN三個子域的協作，分解流程圖如圖2所示：

圖2 端到端網絡切片分解流程圖

5G網絡切片SLA保障技術要求主要包括：網絡切片SLA全局監控技術要求，端到端SLA閉環質量保證技術要求。

端到端網絡切片監控包括故障監控（監控切片的運行狀況、故障信息）、性能監控（通過性能統計數據，提取切片實例和業務切片的性能數據，用于進行切片性能負荷趨勢分析）、切片參數監視（監視切片的關鍵參數，如端到端時延、業務切片的用戶數等）。故障監控和性能監控按照訂閱通知模式進行監控。消費者到生產者進行訂閱，生產者通知消費者，如圖3所示：

圖3 網絡切片監控

端到端SLA的監控以及各域對于SLA各指標監控的能力支持，包括端到端SLA監控及測量要求、切片管理功能支持要求、無線功能支持要求和核心網功能支持要求。

（1）網絡切片SLA 監控及測量功能包括以下方面的要求：網絡資源監控、性能指標監控。切片性能指標監控功能中涉及的各項性能指標應基于整體ServiceProfile要求，以及SLA分解后各個子域對應的性能指標要求。

（2）切片管理功能支持要求：為支持網絡切片SLA全局監控，切片管理功能NSMF應支持網絡切片性能管理、告警管理和管理數據開放。

（3）無線功能支持要求：1）通過切片管理面觸發接入網的切片監控功能；2）對于可監控的SLA指標，接入網進行切片粒度的監控；3）對于無法直接監控的SLA指標，根據組網形態及配置進行預計。

（4）承載功能支持要求：支持切片管理面觸發的5G端到端關鍵性能KPIs指標的上報以及網絡功能級性能KPI指標的上報，承載網子網切片管理器根據接收到的性能數據產生以網絡切片S-NSSAI為對象的性能指標。

（5）核心網功能支持要求：網絡切片管理數據開放，NSMF支持向認證的第三方開放網絡切片性能數據和告警數據。

端到端SLA閉環質量保證技術要求是從端到端的角度對整個閉環保證能力要求，子域閉環保障流程，從下到上的閉環保證。

通信服務的E2E SLS保障包括兩個管理控制閉環的交互：1）在CSC和CSP間，CSC向CSP提供通信服務保障需求，CSP向CSC提供對應的通信服務和反饋信息，CSP調整通信服務所使用的資源或CSC調整SLS，持續進行以達成保障需求；2）在CSP和NSP間：CSP提供的通信服務需要網絡能力，例如，CSP需要特定的網絡時延，NSP管理系統調整網絡或者CSP調整時延需求，持續進行以滿足時延需求。

通信服務保障閉環控制包括以下步驟：監控、分析、決策和執行。通信服務所使用的資源通過管理閉環中各步驟的持續迭代來完成，總體過程如圖4所示：

圖4 通信服務保障管理閉環

端到端SLA閉環質量保證技術子域閉環保障流程，包括切片管理功能支持要求、無線功能支持要求、承載功能支持要求、核心網功能支持要求。

（1）切片管理功能支持要求：能為服務于UE組的一組通信服務配置性能指標目標、收集網絡數據和分析相關的性能指標、修改AN、TN、CN節點和NSI(s)/NSSI(s)的相關配置參數。

（2）無線功能支持要求：接入網的閉環保障分為網設規劃評估、網絡運行期的差異化調度及閉環保障環節。

（3）承載功能支持要求：承載應支持網絡切片故障快速倒換功能、軟切片、硬切片的冗余保護功能、監測指標不符合對SLA要求時，及時做出調整，實現承載切片的LSA保障等。

（4）核心網功能支持要求：核心網通過切片控制面閉環和管理面閉環來保證切片業務質量，切片控制面可以完成對切片的實時控制，切片管理面可以實現準實時、非實時閉環控制。

3 切片SLA的增強

基于收集業務的SLA體驗數據和切片KPI指標數據，NWDAF采用AI算法建立SLA體驗和網絡收集數據的關聯模型，從而可以實時監控切片中的業務體驗，進而評估整個切片在運行態的切片SLA。如果當前網絡資源超額滿足切片SLA要求，則切片管理系統可以降低切片的資源配置；如果當前網絡資源不能滿足切片SLA要求，則切片管理系統可以增加切片的資源配置。

以RAN側的資源調度為例，目前網絡切片的RAN側保障主要通過調度的方式對切片在RAN側的業務表現進行保障，但由于用戶的移動性和無線環境的復雜性，使得靜態的參數配置無法滿足業務質量的要求，而且引入切片后的調度算法變得復雜的同時，其整體業務表現和業務吸納能力很難實現最優化，通過NWDAF的引入，將RAN側的調度和當前SLA的參數情況對應起來。比如新建切片的保障空口資源15%和最大空口資源70%，經過切片管理系統分析后無法滿足切片SLA要求，切片管理系統增加無線側資源配置，保障空口資源從15%提高到20%，最大空口資源從70%提高到80%，切片管理系統將新的資源配置下發到無線側。RAN側基于NWDAF的切片SLA增強如圖5所示：

圖5 RAN側基于NWDAF的切片SLA增強

此外，對特定業務切片，PCF決策QoS參數后，是否與業務預期SLA匹配，目前運營商很難評估?？梢胫悄芑疦WDAF來實現，NWDAF基于收集到的特定業務的AF向NWDAF反饋業務體驗QoE，PCF向NWDAF反饋業務當前QoS參數，根據不同的業務選擇合適的AI模型，進而評估QoS參數是否與業務預期SLA匹配，基于智能化NWDAF的業務切片SLA保障示意圖如圖6所示：

圖6 基于智能化NWDAF的業務切片SLA保障示意圖

基于智能化NWDAF分析流程如下所示。

（1）數據采集的訂閱：PCF向NWDAF訂閱特定業務的分析結果，NWDAF通過NEF向該業務的AF訂閱特定業務的統計數據；向PCF訂閱特定業務當前的QoS參數。

（2）數據的采集分析：AF通過NEF向NWDAF上報業務體驗的統計數據，PCF向NWDAF上報業務當前QoS參數。

（3）策略的調整修改：NWDAF借助AI模型對綜合采集的數據進行分析，將分析結果發送給PCF，作為重新決策的條件之一，PCF依據NWDAF的分析結果，動態調整該業務的QoS參數；重復采集和分析調整流程，不斷優化業務QoS參數以達成業務切片SLA。由于不同類型業務差異較大，例如游戲、視頻、車聯網業務等，其選擇的AI模型也不盡相同，根據不同業務進行分別建模，相似業務可進行泛化處理。

4 SLA增強在電力行業的應用

行業數字化對5G網絡有三個維度的需求，即差異化、專屬和可自定義的3D網絡服務?；谶@三個維度構筑確定性能力的網絡，就是運營商推動各行業在5G時代實現數字化轉型的核心資產，也就是5G確定性網絡（5GDN）。電力是5G確定性網絡最具代表性的行業之一。

電力行業SLA標準分級可以分為三大類：

第一類是基于高清視頻的巡檢類切片。該類切片的應用場景主要包括電線移動巡檢、配電房綜合視頻監控、變電站機器人巡檢、AR/VR智能巡檢等應用場景，主要傳輸視頻類業務。

第二類是基于低時延的電網控制類切片。該類切片包括智能分布式配電自動化、用電負荷需求側響應、分布式能源調控等。

第三類是基于無線采集的檢測類切片。該類切片包括用電信息采集、配網狀態監控等場景。采集內容當前主要以基礎數據、圖像為主，主要需求為大連接類。

5 結束語

網絡切片服務質量的保障，傳統的保障方法可能存在性能不確定和資源浪費的問題，通過NWDAF，引入人工智能已成為業界研究的熱點問題。AI算法可以根據NWDAF網元收集的KPI數據和業務體驗數據提供智能策略，可以實現切片SAL的智能化部署和智能化調度。一方面利用AI算法，基于NWDAF，對收集的數據進行分析，輸出切片的切片業務體驗，實現切片資源精確匹配和切片運維時的切片動態調整。另一方面，基于AI模型訓練輸出的切片管理策略，自動化執行策略，實現切片的故障自愈和自優化，然后重點介紹了切片SLA增強在電力行業的應用。然而，SLA指標和切片用戶業務質量表現之間可能并不能夠簡單的對應，是引入AI智能化下一步重點考慮的方向?？傊?，基于AI的切片SLA增強技術，使5G網絡切片更加智能化與自動化，能夠更準確、更經濟地實現網絡切片服務質量的保障。