網(wǎng)絡(luò )切片將成5G理想架構 商用部署仍面臨多重挑戰

　　ICCSZ  5G時(shí)代即將到來(lái)，基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的應用也越來(lái)越豐富，為滿(mǎn)足眾多應用的差異化需求，在5G技術(shù)的研究過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò )切片是討論最多的技術(shù)。網(wǎng)絡(luò )切片概念允許在每個(gè)網(wǎng)絡(luò )切片中容易地配置和重用網(wǎng)絡(luò )元件及功能以滿(mǎn)足特定的應用要求，因此眾多業(yè)界人士均認為網(wǎng)絡(luò )切片是5G時(shí)代的理想網(wǎng)絡(luò )架構。

　　網(wǎng)絡(luò )切片技術(shù)可以讓運營(yíng)商在一個(gè)硬件基礎設施中切分出多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )切片在設備、接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及核心網(wǎng)方面實(shí)現邏輯隔離，適配各種類(lèi)型服務(wù)并滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需求。

　　對每一個(gè)網(wǎng)絡(luò )切片而言，網(wǎng)絡(luò )帶寬、服務(wù)質(zhì)量、安全性等專(zhuān)屬資源都可以得到充分保證。由于切片之間相互隔離，一個(gè)切片的錯誤或故障不會(huì )影響到其他切片的通信。網(wǎng)絡(luò )切片技術(shù)的優(yōu)勢使其在5G網(wǎng)絡(luò )中占有重要位置。

　　3GPP、NGMN、GSMA的網(wǎng)絡(luò )切片標準進(jìn)展在5G大框架下滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )對不同業(yè)務(wù)靈活支持的需求，不同標準組織如3GPP、NGMN、GSMA均對網(wǎng)絡(luò )切片展開(kāi)了相關(guān)研究。

　　3GPP網(wǎng)絡(luò )切片標準進(jìn)展

　　從2015年開(kāi)始，3GPP啟動(dòng)了5G相關(guān)的標準研究和制定工作，并計劃在R14~R16 3個(gè)大版本中完成相關(guān)標準的制定，網(wǎng)絡(luò )切片作為5G的重要技術(shù)，得到了3GPP的高度重視。SA1的場(chǎng)景研究、SA2的框架制定和SA5的網(wǎng)絡(luò )管理均對網(wǎng)絡(luò )切片制定了專(zhuān)門(mén)的課題。

　　SA1在TS22.261中把網(wǎng)絡(luò )切片作為5G的基礎能力進(jìn)行了需求分析，認為網(wǎng)絡(luò )切片可以為運營(yíng)商提供定制化的網(wǎng)絡(luò )，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )切片這種方式滿(mǎn)足用戶(hù)在優(yōu)先級、計費、策略控制、安全、移動(dòng)性等功能方面的差異化需求，以及在時(shí)延、可靠性、速率等性能方面的差異化的需求。

　　5G切片還可以服務(wù)于公共安全和MVNO等群組用戶(hù)，使網(wǎng)絡(luò )變得更為靈活。此外SA1工作組還要求后續制定的5G系統標準必須滿(mǎn)足上述切片的要求。

　　SA2工作組在TR23.799下一代網(wǎng)絡(luò )架構研究中提出了三大備選網(wǎng)絡(luò )切片場(chǎng)景。

　　方案A：核心網(wǎng)的所有功能均切片，在一個(gè)核心網(wǎng)的切片實(shí)例中既包括用戶(hù)面部分，也包括控制面部分。

　　方案B：核心網(wǎng)的控制面部分共享功能不切片，作為各切片的共享部分，用戶(hù)面及不適合共享的控制面功能切片。

　　方案C：核心網(wǎng)控制面不切片而且功能共享，僅用戶(hù)面切片。

　　經(jīng)討論決定，在R15之前僅考慮方案B(方案C做為方案B的特殊場(chǎng)景)的切片方案，即僅考慮用戶(hù)面和控制面的部分功能切片，如圖1所示。

圖1 方案B的網(wǎng)絡(luò )切片示意

　　此外，SA2工作組圍繞切片的選擇和實(shí)現等功能達成如下結論(詳見(jiàn)TS23.501規范的5.15章)。

　　• 網(wǎng)絡(luò )切片是包含接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的邏輯網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)切片的形式提供相關(guān)的通信業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò )能力。網(wǎng)絡(luò )切片可以按照提供特性的不同來(lái)劃分，在提供相同特性的前提下，也可以通過(guò)切片來(lái)實(shí)現用戶(hù)分組。

　　• 終端通過(guò)提供網(wǎng)絡(luò )切片選擇輔助信息(NSSAI)來(lái)選擇和組建切片相關(guān)的實(shí)例，每一條網(wǎng)絡(luò )切片選擇輔助信息對應一個(gè)網(wǎng)絡(luò )切片，包含業(yè)務(wù)的類(lèi)型及業(yè)務(wù)類(lèi)型的差異因子。這個(gè)網(wǎng)絡(luò )切片選擇輔助信息可以是預配置的也可以是終端附著(zhù)后從網(wǎng)絡(luò )獲取的。具備切片功能的網(wǎng)絡(luò )可以依據終端提供的網(wǎng)絡(luò )切片選擇輔助信息來(lái)為終端選擇切片。

　　• 用戶(hù)可以通過(guò)一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同時(shí)接入多個(gè)核心網(wǎng)切片，這種場(chǎng)景下，所有這些切片由一個(gè)公共的接入和移動(dòng)性管理模塊(AMF)來(lái)管理。

　　• 每個(gè)PDU會(huì )話(huà)只能由一個(gè)網(wǎng)絡(luò )切片管理。

　　• 由核心網(wǎng)而不是無(wú)線(xiàn)側來(lái)選擇為用戶(hù)服務(wù)的核心網(wǎng)切片實(shí)例，用戶(hù)被允許接入哪些網(wǎng)絡(luò )切片要寫(xiě)入簽約數據中。

　　• 用戶(hù)的切片選擇功能可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商提供網(wǎng)絡(luò )切片選擇策略(NSSP)來(lái)實(shí)現，這個(gè)策略包含切片選擇相關(guān)的規則，協(xié)助用戶(hù)完成切片的選擇功能。

　　目前SA2工作組針對切片選擇模塊是聯(lián)合已有模塊(如AMF)部署還是單獨部署，正在做進(jìn)一步的討論和研究，對網(wǎng)絡(luò )切片的管理以及與傳輸的關(guān)聯(lián)等問(wèn)題也在做進(jìn)一步的確認和研究。

　　在網(wǎng)絡(luò )切片的管理方面，基于SA1/SA2/NGMN等標準組織對切片在管理和配置方面的需求，SA5工作組研究了對切片的管理和調度方法，以及跨多合作方、跨多域的切片管理，自動(dòng)化地實(shí)現并管理不同切片之間資源的隔離。

　　為迎合更靈活的切片網(wǎng)絡(luò )，SA5已經(jīng)明確SON也將在5G中發(fā)揮重要的作用。目前針對網(wǎng)絡(luò )切片調度和管理的研究報告TR28.801即將完成。

　　NGMN網(wǎng)絡(luò )切片標準進(jìn)展

　　NGMN在5G白皮書(shū)里介紹了網(wǎng)絡(luò )切片的概念，認為該技術(shù)可以基于業(yè)務(wù)的需求來(lái)靈活地選擇用戶(hù)面、控制面以及無(wú)線(xiàn)側的模塊和資源，可以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò )資源分配，實(shí)現最大成本效率，滿(mǎn)足多元5G新業(yè)務(wù)的需求。

　　如圖2所示，將網(wǎng)絡(luò )切片定義為包含業(yè)務(wù)實(shí)例層、網(wǎng)絡(luò )切片實(shí)例層和資源層的綜合概念。業(yè)務(wù)實(shí)例層標識這個(gè)切片支持的業(yè)務(wù)，可以由網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商或第三方提供;網(wǎng)絡(luò )切片實(shí)例層供運營(yíng)商創(chuàng )建切片實(shí)例，資源層提供共享的資源供各切片實(shí)例使用。

圖2 NGMN定義的網(wǎng)絡(luò )切片概念

　　白皮書(shū)指出，為實(shí)現上述靈活的架構性，必須將用戶(hù)面和控制面完全分開(kāi)，并在各模塊之間建立開(kāi)放的連接。白皮書(shū)同時(shí)指出，模塊以及切片的粒度如何劃分是一個(gè)復雜的問(wèn)題，細的粒度能帶來(lái)更好的靈活性，但是也會(huì )極大地提升管理和部署的復雜度。

　　GSMA網(wǎng)絡(luò )切片標準進(jìn)展

　　GSMA作為移動(dòng)運營(yíng)商廣泛參與的組織，也非常重視網(wǎng)絡(luò )切片的相關(guān)研究及工業(yè)化應用。2017年GSMA專(zhuān)門(mén)成立了NEST項目組從事支持車(chē)輛應用的網(wǎng)絡(luò )切片相關(guān)研究，該工作組從2017年3月開(kāi)始相關(guān)的研究工作，預計一年時(shí)間內深化完成5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )如何更好地服務(wù)于車(chē)輛工業(yè)相關(guān)應用的研究并形成可供汽車(chē)工業(yè)參考的切片文檔。

　　為完成這一目標，目前GSMA已經(jīng)開(kāi)展了汽車(chē)工業(yè)的需求收集以及針對性的網(wǎng)絡(luò )切片參數定義等工作。

　　國內網(wǎng)絡(luò )切片測試已進(jìn)入二階段2016年上半年，IMT-2020推進(jìn)組聯(lián)合各單位制定了網(wǎng)絡(luò )切片測試規范，測試采取自愿原則，測試地點(diǎn)為各廠(chǎng)商實(shí)驗室，華為、中興、愛(ài)立信、上海諾基亞貝爾、大唐電信、英特爾等單位均參與了相應的測試，測試在2016年第三季度完成。

　　第一階段各廠(chǎng)商設備基本還處于原型機階段，測試主要注重功能性，圍繞切片模板、切片的生命周期管理、切片選擇、切片共享、切片的多接入、切片的維護、切片的業(yè)務(wù)指標等特性共20多個(gè)用例展開(kāi)測試。

　　目前正在討論第二階段的測試規范，計劃測試切片選擇、切片的編排能力、聯(lián)動(dòng)擴展以及典型切片的業(yè)務(wù)能力驗證等內容，預計2017年6月底凍結測試規范。第二階段的測試進(jìn)一步增加了功能項并注重可用性，測試統一在中國信通院進(jìn)行。

　　部署、管理和應用面臨重重挑戰從前面的分析中可以看出，目前有關(guān)網(wǎng)絡(luò )切片的標準還在制定及完善過(guò)程中，業(yè)界可進(jìn)行的測試也還停留在實(shí)驗室階段。作為移動(dòng)運營(yíng)商，除了關(guān)心技術(shù)研究的進(jìn)展，更關(guān)心切片的部署、管理和應用。網(wǎng)絡(luò )切片在達到商業(yè)部署的要求之前，有如下問(wèn)題要重點(diǎn)關(guān)注和解決。

　　切片劃分的粒度和靈活性切片之所以被大家關(guān)注，因為可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )細分的方式滿(mǎn)足多種業(yè)務(wù)以及不同用戶(hù)組的需求。劃分多少切片以及切片的粒度如何是部署過(guò)程中不能回避的復雜問(wèn)題。切片粒度過(guò)大容易導致靈活性不夠，不能很好地滿(mǎn)足差異化服務(wù)的要求;切片粒度過(guò)細會(huì )極大地提升管理和部署復雜度。另外，由于切片之間的資源不能動(dòng)態(tài)共享，過(guò)細的切片粒度也會(huì )降低網(wǎng)絡(luò )資源的利用率。

　　切片的最大優(yōu)勢在于業(yè)務(wù)的靈活發(fā)布和部署，針對切片部署上的靈活性不同運營(yíng)商也有不同的看法，有些運營(yíng)商希望切片能非常靈活地部署，如同4G的策略控制架構一樣具有一定的實(shí)時(shí)性。還有一些運營(yíng)商認為過(guò)于靈活的切片可能會(huì )提升網(wǎng)絡(luò )管理方面的成本與風(fēng)險，畢竟穩定性與可靠性也是網(wǎng)絡(luò )重要的考量指標，并且新業(yè)務(wù)的發(fā)布也不是一蹴而就的，需要大量的商業(yè)準備和分析。

　　端到端的切片實(shí)現NGMN在5G白皮書(shū)中提到的5G切片愿景是端到端的網(wǎng)絡(luò )切片的實(shí)現，不僅包含核心網(wǎng)用戶(hù)面與控制面的切片，也包含無(wú)線(xiàn)側的切片，只有端到端的切片和網(wǎng)絡(luò )細化才能滿(mǎn)足特殊場(chǎng)景在時(shí)延、安全性等方面的特殊要求。

　　目前無(wú)線(xiàn)側的切片研究停留在對核心網(wǎng)切片功能的支持上，還沒(méi)有單獨考慮無(wú)線(xiàn)切片的場(chǎng)景?；诂F有的核心網(wǎng)切片功能并不能很好地滿(mǎn)足典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景的差異化需求，缺失了無(wú)線(xiàn)側的網(wǎng)絡(luò )切片不能很好地體現切片的價(jià)值和優(yōu)勢，不可能得到很好地商業(yè)推動(dòng)。無(wú)線(xiàn)側切片功能什么時(shí)候完成給端到端切片應用帶來(lái)了技術(shù)上的不確定性。

　　切片虛擬化管理SDN/NFV是切片技術(shù)實(shí)現的基石，切片功能要納入虛擬化的管理與調度系統中，3GPP SA5已經(jīng)開(kāi)展了相關(guān)的研究工作。受限于SA2及RAN架構研究的進(jìn)展，目前SA5在切片管理方面還沒(méi)有給出明確的結論。另外，虛擬化的管理如何提高響應速度來(lái)保證切片的靈活可靠實(shí)現也需要繼續進(jìn)行深入研究。

　　切片的后向兼容問(wèn)題在TS23.501的切片場(chǎng)景分析中，針對5G的三大典型應用，目前明確提出的有eMBB、uRLLC和mMTC三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景?？紤]到對現有網(wǎng)絡(luò )的兼容性，能不能把4G網(wǎng)絡(luò )作為5G的一個(gè)特殊切片來(lái)管理和接納?

　　如果技術(shù)上可行，將可以避免考慮4G與5G之間復雜的互操作問(wèn)題，保護現有投資，并可極大方便現網(wǎng)用戶(hù)。

　　切片的應用5G從誕生之初就被大家寄予厚望，希望5G能滿(mǎn)足eMBB、uRLLC和mMTC等多種復雜應用場(chǎng)景的需求?；诓煌瑧脤W(wǎng)絡(luò )需求的不同，網(wǎng)絡(luò )切片在5G的架構下應運而生，好的應用和好的商業(yè)模式是網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的原動(dòng)力。

　　希望在5G部署時(shí)，網(wǎng)絡(luò )不再是管道和數據搬運工，而是在部署之初就粘合了應用和用戶(hù)的豐富網(wǎng)絡(luò )。為此，切片在誕生之初要更好地關(guān)注應用需求，在技術(shù)規范制定時(shí)要聯(lián)合行業(yè)內的典型應用，在部署時(shí)更要和應用聯(lián)合部署。

　　目前，GSMA已經(jīng)開(kāi)展了相應的工作，針對汽車(chē)行業(yè)的切片需求和組網(wǎng)成立了專(zhuān)門(mén)的項目組進(jìn)行了研究，目前在需求的討論中并沒(méi)有汽車(chē)生產(chǎn)或者運營(yíng)企業(yè)活躍地參與。要想把切片真正用好，從技術(shù)制定到網(wǎng)絡(luò )試驗再到運營(yíng)都少不了應用企業(yè)的參與，只有這樣才能開(kāi)發(fā)好切片應用的市場(chǎng)。

　　作者：中國電信股份有限公司技術(shù)創(chuàng )新中心 李金艷 楊峰義 梅承力