5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的管理與5G組網(wǎng)應(yīng)用分析

田濤

【摘要】? ? 本文主要圍繞5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)展開，首先介紹了5G切片技術(shù)的概述，然后簡(jiǎn)述了5G的核心網(wǎng)、無線網(wǎng)切片技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)在切片技術(shù)影響下5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行介紹，最后對(duì)5G組網(wǎng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用提出暢想。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G? ? 網(wǎng)絡(luò)切片? ?SA? ?NSA? ? 端到端? ? 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

引言：

隨著5G牌照的發(fā)放，中國通信技術(shù)正式向5G時(shí)代邁進(jìn)。毫無疑問，通信技術(shù)推動(dòng)了數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為中國乃至全球的GDP增長(zhǎng)做出了巨大的貢獻(xiàn)。向未來暢想，移動(dòng)通信技術(shù)將將深入到社會(huì)的各個(gè)層面，涉及到汽車、制造、物流、能源、醫(yī)療、教育、金融等行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。伴隨著移動(dòng)通信需求的爆炸式增長(zhǎng)，各個(gè)行業(yè)不同的業(yè)務(wù)類型也帶來了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的差別需求，比如，像金融領(lǐng)域的一些客戶需要可靠性極高的服務(wù)，而像觀看8K視頻的一些客戶需要超高的帶寬，還有像電子競(jìng)技的一些客戶需要極低的延遲。大量的數(shù)據(jù)證明，如果通過一張網(wǎng)承載各個(gè)行業(yè)的不同業(yè)務(wù)，會(huì)增大網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，降低運(yùn)營效率。所以5G網(wǎng)絡(luò)的工程建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)考慮到功能、時(shí)延、帶寬、安全性以及使用效率等多個(gè)方面，用以滿足不同業(yè)務(wù)的需求。

一、5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)概述

網(wǎng)絡(luò)切片，是一種基于統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，為不同需求類型用戶提供定制的差異化網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)功能。不同的切片不互相影響，彼此隔離，根據(jù)用戶的需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)的功能進(jìn)行定制，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)需要提供非常高的靈活性。

網(wǎng)絡(luò)切片為用戶提供的是端到端的特別定制網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，所謂端到端就是說切片技術(shù)不僅涉及核心網(wǎng)，還包括了管理網(wǎng)、接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、支撐網(wǎng)等等。特別定制則是根據(jù)需求對(duì)其進(jìn)行生命周期進(jìn)行管理的同時(shí)，按照不同的需求制網(wǎng)絡(luò)切片的承載業(yè)務(wù)、連接關(guān)系、實(shí)現(xiàn)功能、容量與服務(wù)質(zhì)量。

在網(wǎng)絡(luò)中完成端到端的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)服務(wù)時(shí)，關(guān)聯(lián)到的各個(gè)域的技術(shù)指標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)能力、參數(shù)數(shù)據(jù)都可以獨(dú)立設(shè)置，互不影響，按照客戶需求靈活調(diào)整，從而解決切片的端到端的網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)質(zhì)量、安全性等問題。

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，在設(shè)計(jì)階段，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的設(shè)計(jì)，主要是從商業(yè)應(yīng)用的設(shè)計(jì)以及切片的設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，針對(duì)不同的需求和特點(diǎn)開展設(shè)計(jì)，主要目的是在解決不同行業(yè)、不同領(lǐng)域?qū)τ诰W(wǎng)絡(luò)能力的差異性要求，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活化管理配置。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)也是運(yùn)營商業(yè)務(wù)改革的重要體現(xiàn)標(biāo)志之一，基于 SDN/ NFV技術(shù)，通過軟件的方式，給與用戶更為簡(jiǎn)單直接的按需定制服務(wù)方式，從而展開全新的業(yè)務(wù)形式。

從網(wǎng)絡(luò)切片的優(yōu)勢(shì)以及特點(diǎn)考慮，5G網(wǎng)絡(luò)必須從動(dòng)態(tài)的角度來解決切片問題，即實(shí)時(shí)調(diào)配、管理和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)切片，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需要，如：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶 eMBB、超可靠低延時(shí)業(yè)務(wù) uRLLC、海量機(jī)械類通信 mMTC等。

為了達(dá)到端到端的網(wǎng)絡(luò)切片的目的，不僅包括核心網(wǎng)的支撐，同時(shí)還包括了傳輸網(wǎng)、無線網(wǎng)、接入網(wǎng)和終端共同參與。在3GPP R15版本標(biāo)準(zhǔn)中，明確了網(wǎng)絡(luò)切片得到NG運(yùn)行側(cè)支持的主要原則和要求，包括了切片的感知、運(yùn)行側(cè)支持資源隔離和切片資源管理、運(yùn)行側(cè)網(wǎng)絡(luò)切片選擇、切片對(duì) QoS的支持、UE對(duì)多切片的支持和 UE的切片訪問驗(yàn)證、切片的顆粒度、 運(yùn)行對(duì)實(shí)體的選擇。

二、 5G網(wǎng)絡(luò)切片的管理

隨著標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)和技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)大量增加了網(wǎng)絡(luò)的靈活性，但也給網(wǎng)絡(luò)的管理帶來了麻煩，實(shí)現(xiàn)切片端到端的管理工作需要一個(gè)高度智能化的系統(tǒng)平臺(tái)。該平臺(tái)具有拖放切片設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了端到端布局的自動(dòng)化部署，人工智能的自動(dòng)運(yùn)行，并貫穿整個(gè)過程，靈活分配業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)資源，滿足客戶快速定制和部署的需求。網(wǎng)絡(luò)切片的管理逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

2.1 網(wǎng)絡(luò)切片管理系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交互

和傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)一樣，5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)以及終端用戶。5G系統(tǒng)要求對(duì)不同類型的流量負(fù)載以及不同的終端用戶能夠提供對(duì)多樣的通信服務(wù)的最佳保障。

5G切片管理系統(tǒng)要求可以直接管理傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部分組件的同時(shí)，對(duì)非傳統(tǒng)領(lǐng)域，也能夠各個(gè)管理系統(tǒng)協(xié)同工作。因此切片管理系統(tǒng)要滿足和各類型管理系統(tǒng)交互的需求。

當(dāng)通信用戶向移動(dòng)、聯(lián)通、電信等通信運(yùn)營商發(fā)送請(qǐng)求，請(qǐng)求的通信服務(wù)會(huì)同時(shí)包含切片部分和非切片部分，切片部分直接由5G網(wǎng)絡(luò)切片管理功能完成端到端的通信服務(wù)，而非切片部分則由3GPP其余系統(tǒng)支撐，并需要5G網(wǎng)絡(luò)切片管理功能與其他系統(tǒng)交互協(xié)作完成端到端的通信服務(wù)。而根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)切片的管理架構(gòu)，這種交互方式分為三種，即：通信服務(wù)管理功能（CSMF）向3GPP其余系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)非切片的需求，切片管理功能（NSMF）向3GPP其余系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)非切片的需求，切片子網(wǎng)管理功能（NSSMF）向3GPP其余系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)非切片的需求。

1.通信服務(wù)管理功能（CSMF）向3GPP其余系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)非切片的需求：通信服務(wù)管理功能（CSMF）接收到的通信服務(wù)業(yè)務(wù)分為切片和非切片的部分，可以直接通過5G系統(tǒng)的切片管理直接處理切片部分，非切片部分交由其余系統(tǒng)管理處理。根據(jù)切片管理架構(gòu)，CSMF要為切片部分選擇合適的切片管理功能（NSMF），然后根據(jù)需求，為非切片部分選擇合適的其余系統(tǒng)。

2.切片管理功能（NSMF）向3GPP其余系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)非切片的需求：切片管理功能（NSMF）接收到的通信服務(wù)業(yè)務(wù)分為切片和非切片的部分，在為切片部分選擇合適的切片子網(wǎng)管理功能（NSSMF）的同時(shí)，根據(jù)收到的需求將非切片部分匹配到合適的其余系統(tǒng)中。

3.切片子網(wǎng)管理功能（NSSMF）向3GPP其余系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)非切片的需求：切片子網(wǎng)管理功能（NSSMF）接收到的通信服務(wù)業(yè)務(wù)分為切片和非切片的部分，在為切片部分選擇合適的NFVO的同時(shí)，根據(jù)收到的需求將非切片部分匹配到合適的其余系統(tǒng)中。

三、 5G組網(wǎng)應(yīng)用分析

對(duì)5G的切片技術(shù)的研究，最終要服務(wù)于5G的組網(wǎng)與應(yīng)用，在3GPP 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中，根據(jù)是否與4G LTE存在雙連接關(guān)系，提出了NSA（Non-Standalone）與SA（standalone）兩種組網(wǎng)方式。NSA即LTE與5G聯(lián)合組網(wǎng)，SA則是5G獨(dú)立組網(wǎng)。

3.1 NSA架構(gòu)

NSA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用的是Option 3x的組網(wǎng)方案，核心網(wǎng)采用的則是EPC+的組網(wǎng)方案，作為5G信令接入的錨點(diǎn)的LTE eNB，負(fù)責(zé)提供用戶面的信令及數(shù)據(jù)傳輸服務(wù);作為用戶面數(shù)據(jù)的錨點(diǎn)的5G gNB，則是負(fù)責(zé)5G網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)分流功能，用戶終端通過雙連接的方式同時(shí)接入5G網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)。NSA模式下，要求5G/4G同廠商。

圖1? ? Options 3x架構(gòu)及接口

3.2 SA架構(gòu)

圖2? ? SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用的是Option 2的組網(wǎng)方案，核心網(wǎng)采用的是全新的5GC組網(wǎng)方案，5G gNB和5GC的連接進(jìn)行5G獨(dú)立組網(wǎng)，用戶終端通過回落或是切換等互操作到4G網(wǎng)絡(luò)。

四、 5G組網(wǎng)對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)分析

目前，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)存在的主要問題表現(xiàn)在虛擬網(wǎng)絡(luò)映射、動(dòng)態(tài)服務(wù)功能鏈階段和NFV-RA第二階段這三個(gè)方面。5G網(wǎng)絡(luò)片面臨著四個(gè)挑戰(zhàn)：帶寬大、延遲低、連接靈活、時(shí)間同步精度高。因此，就需要在組網(wǎng)時(shí)充分的了解網(wǎng)絡(luò)特征及相關(guān)業(yè)務(wù)，從而匹配相應(yīng)的技術(shù)。

5G網(wǎng)絡(luò)是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)特征及相關(guān)業(yè)務(wù)的主要分類入下圖所示：

圖3? ? 5G網(wǎng)絡(luò)屬性及業(yè)務(wù)相關(guān)業(yè)務(wù)

根據(jù)上述業(yè)務(wù)特性，根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的階段區(qū)分，參考某運(yùn)營商分析數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)在2019～2020年的5G發(fā)展初期主要開展VR直播、VR點(diǎn)播、超高清視頻、個(gè)人桌面云等業(yè)務(wù);2021～2023年的中期，開展VR游戲、VR社交、無人機(jī)巡檢、遠(yuǎn)程駕駛智能電網(wǎng)等業(yè)務(wù);2024年以后，開展自動(dòng)駕駛、無線醫(yī)療-遠(yuǎn)程手術(shù)、智能制造-云化機(jī)器人等業(yè)務(wù)。

5G語音業(yè)務(wù)據(jù)目前國際規(guī)范的初步規(guī)范，NAS組網(wǎng)方案（option3x）下語音業(yè)務(wù)考慮采用VoLTE或VoNR，CSFB做為備用方案，SA（option2）組網(wǎng)下，過渡方案采取始終由LTE提供語音業(yè)務(wù)，5G僅提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第一種為EPS Fallback，即5G覆蓋范圍內(nèi)，語音業(yè)務(wù)觸發(fā)PS HO，語音和數(shù)據(jù)都回落LTE，第二種為雙注冊(cè)方案，5G和4G重疊覆蓋，終端雙天線，語音只走LTE。目標(biāo)方案則為5G同時(shí)提供語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，5G覆蓋范圍內(nèi)，通過5G+IMS提供業(yè)務(wù);通話過程離開5G覆蓋，由PS HO保證5G和LTE的連續(xù)性。

五、結(jié)束語

5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是5G核心技術(shù)之一，其從端到端的組網(wǎng)設(shè)計(jì)至最終核心管理系統(tǒng)的交互完成了5G通信的全過程。

在當(dāng)前的5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中，從基本內(nèi)涵和具體應(yīng)用上保證網(wǎng)絡(luò)在不同業(yè)務(wù)要求下的順利使用是必要的。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片的應(yīng)用情況也會(huì)直接的影響到各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。5G的發(fā)展是當(dāng)前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的重中之重，基于根據(jù)需求進(jìn)行的靈活配置的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)而形成的5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式，必將帶來運(yùn)營模式、技術(shù)應(yīng)用、商業(yè)模式的重大變革。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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