基于5G切片專線的組網技術和實現方法

張艷

（中國電信股份有限公司福建分公司，福建 福州 350001）

1 引言

5G時代萬物智能、萬物互聯。相比4G網絡，5G不僅考慮人與人，還考慮人與物、物與物的連接。不同行業豐富的應用場景帶來不同業務對網絡多樣化的需求，而5G網絡3種典型場景eMBB、uRLLC、mMTC擁有大帶寬、低時延、廣連接的性能優勢，5G網絡切片提供了網絡資源的靈活分配、網絡能力的靈活組合，為5G時代打造多樣化、差異化服務提供了有力保障。在5G 2B組網中應用5G網絡切片技術，應用固網組網的智能傳送網（smart transport network，STN）技術、光傳送網絡（optical transport network，OTN）技術，按需定制組網，滿足不同行業用戶的多樣化需求。運營商通過5G切片專線組網與2B行業用戶組網、業務應用相結合，加速推動“5G+”與實體經濟融合，支撐工業、制造、物流等行業進行數字化、網絡化、智能化的發展轉型[1]。

2 5G網絡切片

5G網絡切片（network slice）可以實現在5G SA架構中，將同一基礎設施的物理網絡劃分為多個按需定制的端到端、專用虛擬網絡，物理隔離或邏輯隔離。對每個虛擬專用網絡配置不同的功能，實現網絡在時延、速率、連接數等方面的不同性能，滿足不同行業豐富、多樣化的需求[2]。

5G網絡端到端切片涵蓋了無線網、承載網和核心網[3]，對接模型如圖1所示。

圖1 5G網絡端到端切片對接模型

5G SA新增簽約切片標識（S-NSSAI），網絡側確定相應的組網配置邏輯，以實現5G網絡對該切片業務的端到端承接。

2.1 無線網絡切片

5G無線網絡的切片資源包括空口資源和設備資源，空口資源在調度時能提供資源預留或基于優先級的資源搶占，設備資源可以在調度時被某切片專用，或者基于設置的切片優先級與其他切片通過搶占的方式共享使用，如CPU、內存、隊列等[2]。上述通過設置優先級，搶占式共享資源來實現調度，即軟切片的方式，而資源隔離，實現專用調度為硬切片的方式。

無線網絡切片技術在運營商提供的網絡能力應用上，考慮業務需求和組網成本，當前應用較多的是基于QoS機制的GBR/Non-GBR類5QI提供不同業務等級的軟切片方式，承載網、核心網提供QoS協同。在實現上，打通終端接入切片網絡的端到端流程，通過新增簽S-NSSAI與VLAN（承載接入）綁定，以及與業務場景對應TAC（來自用戶訂閱或核心子網切片實例信息）綁定，以支撐UE注冊、會話建立等階段的切片選擇和接入。在硬切片方式中，可通過RB資源預留、RB資源獨享、載頻獨享、基站獨享的方式實現通用或特定行業切片。

2.2 承載網切片

5G承載網STN，采用FlexE技術可實現硬管道的業務隔離，通過不同硬切片分配獨享的接口資源。還可采用PQ隊列調度或WFQ隊列調度，通過不同QoS的軟切片為不同等級的業務提供差異化保障。

5G切片專線端到端組網通過切片映射VLAN的方式實現，無線基站所有2B業務S-NSSAI映射到承載網2B通道的同一VLAN。承載網融合網關到5G核心網UPF N6口之間規劃VLAN ID范圍，按用戶來分配使用，不同VLAN的子接口在承載網綁定不同的軟/硬通道，與S-NSSAI對應。

2.3 核心網切片

SA網絡架構下，核心網的各網絡功能被拆分成眾多細顆粒的模塊化組建，最小的模塊化組件即微服務[2]。根據業務使用所需時延或帶寬等要求的不同，可以將切片的微服務靈活部署在網絡的不同位置。各微服務可以被切片獨享或不同切片共享，獨享時每個切片各有一套核心網，也可以根據業務需求部分共享、部分獨享，如核心網用戶面UPF共享、UPF下沉用戶園區獨享，以降低時延和實現數據本地卸載。

5G切片組網通過S-NSSAI和VLAN映射實現無線網、承載網、核心網的端到端打通。在此基礎上，考慮經濟性，應用QoS端到端映射、調度的軟切片，可在帶寬、時延、丟包率、抖動等網絡指標方面提供差異化保障。其中，基于QoS的GBR/Non-GBR類5QI端到端映射關系規劃見表1。

表1 5QI-DSCP/TC-EXP映射關系

根據不同業務場景對速率、時延等的差異化需求，選擇配置不同的5QI參數，滿足業務端到端的需求。

3 5G切片專線端到端組網設計

結合現網常見2B用戶業務場景，應用固網STN專線、STN入云專線、OTN專線，及5G切片技術，搭建5G切片專線，即從5G核心網UPF設備到2B用戶固網側站點或云內系統的固網段專線。

3.1 STN

IPRAN以IP/MPLS協議及其關鍵技術為基礎，面向移動基站業務、通道類業務承載。STN是一種結合IPRAN及PTN技術的增強型分組組網技術，一方面實現3G/4G/5G等移動回傳業務，5G承載更進一步引入大容量STN設備和SRv6/FlexE等新技術；另一方面，STN技術疊加在基站業務承載網上，可實現對2B客戶業務場景的智能分組化傳送，提供靈活的業務接入和靈活配置帶寬的能力，運營商應用STN技術打造端到端高可靠保障的二層以太智能專線產品[4]，為2B客戶提供以太專線、云專線、云網等業務的融合承載[5]。

通過U設備內置測試或儀表測試發現，STN專線可提供0～1 000 km單向時延≤25 ms、 1 000～2 000 km單向時延≤35 ms、2 000～3 000 km單向時延≤50 ms的能力，接入匯聚端口速率能力可達10 Gbit/s。應用STN專線、STN入云專線，可實現從5GC到2B客戶固網側站點或云內系統的通信。

3.2 OTN

OTN技術結合了光域傳輸和電域處理的優勢，可提供端到端的剛性透明管道，具備長距離、大容量的傳輸能力，以及強大的組網能力，可提供100 Gbit/s以上的接入匯聚端口速率[6]。大帶寬場景下，可提供骨干網單向時延不超過5.5 ms/1 000 km的能力。運營商應用OTN技術為2B客戶提供高質量、大帶寬、低時延的專線產品。

3.3 5G 切片專線組網

將STN技術、OTN技術、5G切片技術應用于5G切片專線組網，實現5G接入與STN、OTN接入方式組合的多種點到點/入云專線，支持多個5G側終端共用一條專線，具體如下。

（1）5G-STN組網方式

5G網絡與STN拼接，通過網絡切片與QoS統一調度，提供多個5G終端和STN固網接入的點到點專線連接。專線一端通過5G無線接入，另一端用戶固網站點通過以太專線的U設備有線接入。5G-STN組網方案如圖2所示。

圖2 5G-STN組網方案

5G切片專線5G-STN組網場景為用戶提供多種速率的非物理隔離管道，帶寬可復用、成本低、接入方便。

（2）5G-STN入云方式

5G網絡與STN拼接，通過STN在云側的延伸，提供5G終端到云內VPC的點到點連接。專線一端為5G無線接入，另一端接入云。5G-STN入云組網方案如圖3所示。

圖3 5G-STN入云組網方案

5G切片專線5G-STN入云方組網式適用于用戶應用系統部署在云上的場景，專線能力同5G-STN場景。

（3）5G-OTN組網方式

5G網絡與OTN拼接，通過網絡切片與QoS統一調度，提供多個5G終端和OTN固網接入的點到點專線連接。專線一端通過5G無線接入，另一端通過OTN專線的CPE設備有線接入。5G-OTN組網方案如圖4所示。

圖4 5G-OTN組網方案

5G切片專線5G-OTN組網方式，可提供更高質量、更大帶寬、更低時延的專線能力，物理隔離、保證帶寬，適用于用戶剛性管道需求的場景。

5G切片專線組網有5G-OTN、5G-STN、5G-STN入云3種實現方式，可提供本地專線和長途專線。其中，STN專線、STN入云專線、OTN專線均為用戶提供端到端透明傳輸能力，均不參與用戶業務端路由協議。但在可提供的端口速率上OTN更高，同時，OTN專線可提供物理隔離、帶寬獨占的剛性管道，而STN專線主要提供非物理隔離、帶寬可復用的管道。實際應用中可根據速率、剛性獨占、是否訪問云資源等需求選擇組網方式。

4 5G切片專線組網關鍵配置

5G切片專線在核心網上的配置分為網絡基礎配置和5G切片專線業務配置兩部分，網絡基礎配置內容根據運營商提前規劃好的信息先做全局配置，5G切片專線業務配置內容根據每條專線的不同業務需求進行個性化配置。其中，網絡基礎配置主要包括全局QoS映射、UDM/PCF用戶簽約模板預配置、UPF-N3口配置等。5G切片專線業務配置主要包含切片配置、DNN配置、終端地址池配置、UPF-N6口（如VPN、路由等）配置、碼號簽約專線業務配置等涉及每開通一條專線時需要增加的配置。

5G切片專線在承載側的配置分為兩部分：第一部分主要包含從基站到5GC UPF段移動回傳網絡部分的配置，主要是S-NSSAI和VLAN映射、QoS端到端映射的配置，以實現5G網絡2B通道的打通和軟切片的QoS保障；第二部分主要是從UPF到固網專線側的配置。即5GC與融合網關設備、固網專線本身的配置，實現5G切片專線從無線網、承載網到核心網端到端的打通。

5G切片專線在無線網絡的配置主要包括：5QI參數的配置，并根據表1中5QI-DSCP/TC-EXP映射關系，配置到承載網DSCP/TC的映射；每個用戶所使用的S-NSSAI在無線基站側的配置，以及切片與基站出口2B通道VLAN的綁定關聯。

5 5G切片專線組網測試

按照上述組網方案進行數據配置，在運營商機房就近部署，搭建測試環境。5G-STN場景測試環境如圖5（a）所示，5G-STN入云場景測試環境如圖5（b）所示，5G-OTN場景測試環境如圖5（c）所示。

按照如圖5測試環境完成網絡配置后，開展網絡接入測試、業務連通性測試及切片限制業務接入區功能測試，本次測試在運營商機房就近部署測試環境，考慮不同類專線性能特點已明確，在現網中應用成熟，故測試主要圍繞固移協同組網的網絡接入、業務連通性、5G切片設置有效性開展，具體測試步驟如下。

圖5 測試環境

5.1 網絡接入測試

（1）測試步驟

在5G終端上設置定制DNN測試，觀察5G終端是否可以正確獲取IP地址以及網絡連接是否正常。

（2）測試結果記錄

用簽約的DNN接入后，終端可正確獲取到地址，網絡狀態正常。驗證5G切片專線5GC可正常分配終端IP地址，5G網絡通信正常。

網絡接入測試驗證了5G切片專線5GC可正常分配終端IP地址，終端接入5G網絡通信正常。

5.2 業務連通性測試

（1）測試步驟

從5G終端到固網終端進行ping測試，觀察是否ping通無丟包。

（2）測試結果記錄

5G終端使用簽約的DNN接入，可以ping通固網終端的IP地址，未丟包，如圖6所示。

圖6 終端ping測試

業務連通性測試驗證了5G切片專線端到端通信正常，固移協同組網方案和數據配置可實施。

5.3 5G業務接入區功能測試

（1）測試步驟

選取兩個基站，一個基站配置切片信息，作為業務區，另一個基站配置區域限制接入切片信息，作為非業務區。在業務區切片下簽約定制DNN，測試終端分別在不同基站下接入網絡。

（2）測試結果記錄

? 將5G終端配置定制DNN，在5G業務區接入，終端獲取地址成功，接入成功，核心網N4口消息記錄如圖8所示。

圖8 終端在業務區接入時的互相ping測試

終端互相ping測試地址成功，如圖9所示。

? 將5G終端移動至非業務區，終端獲取地址失敗、接入失敗，核心網接口消息顯示非接入區的TAC切片不支持接入，記錄如圖10所示。

圖10 終端在非業務區接入區時核心網的消息記錄

ping測試不成功，如圖11所示。終端在非業務區接入時獲取IP地址失敗如圖12所示。

圖11 終端在非業務區接入時的ping測試

圖12 終端在非業務區接入時獲取IP地址

5G業務接入區功能測試，驗證了可通過配置不同切片限制區域接入訪問。通過本次測試，驗證了5G切片專線組網技術和數據配置方案的可落地實施，為5G終端訪問用戶內部固網側站點提供了專線接入的固移協同解決方案，并利用5G切片設置測試了區域限制接入功能。測試結果說明了5G切片專線應用在業務接入時，可提供范圍靈活選擇和網絡端到端個性化服務上的價值，為后續網絡切片在5G固移組網場景中進一步提供豐富的網絡能力應用奠定了基礎。

圖7 終端在業務區接入時核心網的消息記錄

6 結束語

5G切片專線利用固移協同組網技術，通過切片標識與VLAN映射打通終端接入切片網絡的端到端流程，實現5G接入訪問用戶固定站點、云內系統、多種接入類型站點互通等組網方式。

在5G切片應用上，結合各行業5G切片專線組網需求，現階段以軟切片的實現方式為主，通過無線網、承載網、核心網協同基于QoS機制的GBR/Non-GBR類5QI提供不同業務等級，通過邏輯隔離的方式按需提供端到端的差異化服務，較易實現。而網絡切片要實現無線網專用、承載網FlexE通道、核心網5GC或部分5GC專用的端到端物理隔離，成本代價較高，還需結合用戶實際業務場景的需求評估成本，按需提供。

5G網絡切片以原生云超分布式架構為基礎，5G切片專線組網在切片運營、專線搭建和開通、管理流程上，通過全領域自動化編排、配置，可以快速部署網絡服務能力[7]。5G切片專線組網還可以利用邊緣計算、霧計算等技術，進一步優化生產效率和制造成本，提升行業智能競爭力[8]。萬物互聯時代，基于D2D的網絡接入可考慮在巨量終端場景應用[9]，而新興的全息通信及工業自動化場景，還可進一步研究智能開放的6G技術，以適應多元化服務、異構網絡的需求[10]。