端到端5G网络切片关键技术研究

王 全

（中兴通讯股份有限公司，南京　210012）

1　引言

5G时代新的通信需求对现有网络在技术上和商业模式上提出了种种挑战。由于传统网络能力的限制，当前不同行业的网络需求只能通过专用网络来满足，传统的烟囱式架构导致网络越建越复杂，运维困难。高投入、低效率抑制了产业发展和商业机会。

虚拟化、SDN以及云计算技术的发展和应用，使未来的不同垂直行业服务可以运行在同一套物理基础设施上生成的相互隔离的5G网络切片中。5G网络切片技术将催生新的商业模式，助力行业与社会的数字化转型。

2　端到端5G网络切片解决方案

5G业务具有多样化的场景需求，其主要移动网络业务包括三大典型场景：uRLLC（低时延高可靠）、eMBB（增强移动宽带）和mMTC（大连接低功耗）。其中，uRLLC聚焦高可靠、低时延的业务，如自动驾驶、远程控制等，满足人们对数字化工业的需求；eMBB聚焦对带宽极高要求的业务，如4K高清视频、虚拟现实和增强现实等，满足人们对数字化生活的需求；mMTC则是海量的机器通信，满足物联网工业自动化的通信需求。这三大业务场景（eMBB、uRLLC、mMTC）的服务特征有非常明显的差别，对网络的速率、移动性、安全性、时延、可靠性、计费等需求各不相同，但并不意味着电信运营商需要为每个服务建设专用网络，否则网络建设成本巨大并且运维复杂。而5G的网络切片技术能够解决这一问题。

图1　端到端5G网络切片解决方案

如图1所示的端到端5G网络切片解决方案，使运营商能够在同一个硬件基础设施上切分出多个虚拟的端到端网络，为不同类型的5G场景提供不同的通信业务和网络能力。网络切片具备以下特征：

（1）资源共享，降本增效：在物理上，多个网络切片运行在统一的网络基础设施上，可以大大降低建网成本，提高物理资源的利用率，降低TTM（Time to the Market）。

（2）逻辑隔离，安全可靠：在逻辑上，每个网络切片是安全隔离的，各自具有独立的生命周期，一个切片的故障不会影响到其他切片的通信。

（3）按需定制，敏捷弹性：网络切片是基于云原生架构面向服务的，可以根据场景需求按需定制，支持根据现网实时监控数据对切片资源进行动态调度，提供有保障的SLA。

（4）端到端，全面满足差异化网络需求：网络切片技术是端到端的，每个网络切片实例覆盖终端设备、接入网、传输网和核心网多个领域。

3　端到端网络切片的组网和关键技术

在构建端到端网络切片时，涉及到的每个域的网络能力指标数据都可以单独设置和按需调整，从而使得切片端到端的网络带宽、服务质量、安全性等资源能得到充分保证。

（1）接入网：通过解耦及功能重构实现网络切片，并通过MEC提升用户体验。解耦和功能重构，不仅包括“业务请求与空口资源分配之间的解耦”（通过QoS、GBR、ARP等网络参数及用户签约数据实现业务与资源的松耦合），还包括对接入网网元实现软硬件功能分离解耦。实现解耦后，通过对BBU功能重构，CU/DU分离，CU集中方式部署用以运行非实时性功能，DU按需分布式部署用以运行高实时性功能，可以实现性能协调和实时性能优化，有助于网络资源的按需调度，提供接入网的网络切片能力。

MEC将虚拟化的业务平台引入无线网络中，有效实现了业务锚点下沉，缩短业务响应时间，同时将计算能力下沉到移动边缘节点，能够快速利用边缘节点本地内容和实时信息，网络业务、服务及应用可以更快地分发和下载，从而有效缓解移动核心网的压力，改善了电信服务环境，让用户享有更高质量网络体验。

（2）传输网：基于SDN的IP+光协同，提供传输资源的按需切片能力。传输网络的资源分配和安全隔离在整个端到端网络切片中非常关键。中兴通讯的端到端网络切片通过SDN为各种云之间提供复杂的连接，满足租户的跨广域网分布和虚机的跨域迁移，并自动适应业务调整，通过开放可编程接口实现网络端到端编排。此外，SDN化的骨干网可以实现IP层与光层的协同优化，业务带宽及SLA（Service Level Agreement）自动按需调整，实现流量的全局优化调度，降低传输成本。

（3）核心网：基于面向服务的云原生架构，敏捷按需构建网络功能和切片。5G核心网基于云原生架构，以容器为载体，打破网元边界，将所有功能拆分成细粒度微服务组件，按需积木式快速搭建网络功能。具备以下几个特征：

服务组件化，满足网络切片的敏捷按需构建：将应用分割成一系列功能原子化的微服务组件，每个服务专注于单一业务功能。设计网络切片时，从组件库中调用组件，积木式地灵活拼装构建网络切片。

无状态设计，实现快速网络弹性、故障恢复：采用无状态分层设计，实现了应用与数据的分离，可以实现快速的网络弹性、故障清除等。

轻量级虚拟化，促进快速交付和敏捷维护：容器技术具备快速弹缩、轻量级、高性能等优势。云原生应用在容器中部署，实现资源利用率的提升和业务的快速交付、敏捷维护。

4　端到端自动化切片运维DevOps助运营商打造轻盈网络

5G时代网络切片的种类和数量一定是庞大的，网络切片设计部署运维的自动化程度将直接影响服务推广创新的速度和商业机会的把握。而中兴通讯Carrier DevOps Builder是全球首个可商用的电信级DevOps环境，提供端到端的自动化网络切片运维。具备以下特点：

（1）向导式切片设计。向导式图形化界面、拖放式设计模式，丰富的切片模板，支持切片模型快速生成，使运维人员能够轻松完成从业务网元到网络服务再到5G网络切片的自定义过程。

（2）端到端编排，分钟级部署。支持网络切片的一键部署，使业务能够分钟级发布上线。通过在线智能检测模块，全面保障业务上线前的正确性。支持端到端的资源编排和协同，纵向支持业务层、网络层以及资源层的监控和协同；横向支持跨RAN、传输网、核心网等不同领域的监控和协同，提供实时的切片状态监控，并通过自动化协同，保障网络的服务质量。

（3）AI驱动的自动运维。网络切片编排系统具备资源状态感知能力，并根据事先定义的策略，自我决策，真正实现Zero-Touch。

图2　Carrier DevOps Builder“8字型”运维模式

如图2所示，Carrier DevOps Builder完整的“8字型”运维模式，使快速创新业务、网络智能保障成为可能。

DevOps 目标是降低研发、运维与运营部门的沟通成本，提升研发效率，缩短应用上线时间，打破部门隔阂做到快速响应。DevOps 目前在IT 领域应用较为广泛，对苦于业务条块化分割的电信业来说，DevOps 可以提升运营商市场竞争力，降低运营商CAPEX 和OPEX。

基于大数据分析的策略闭环控制DevOps 系统，为VNF/NS 开发者或者运营商服务设计人员提供从开发设计到部署托管全生命周期DevOps 服务，支持运营商以及合作伙伴向未来敏捷交付的DevOps 模式转型，使网络具备了自优化以及自愈能力，加速了运维自动化进程。通过“设计-部署-运行-分析-再设计”这种自我进化的能力不断优化客户体验和网络。未来引入人工智能和机器学习实现智能策略预测，进一步加强运营运维的智能化体系构建。

5　结束语

在2018 年可能会有少量5G eMBB 场景的商用，和3/4G网络接近，也可以体现如高速率，C/U 分离，在软件构架上体现服务化的特征。2019 年可能会有5G uRLLC 场景试商用，此时需要部署5G的核心网。可以支持4K/8K 高清视频，AR/VR 等业务；但是像诸如车联网，D2D 邻近通讯等业务因为其它客观因素会来得晚一些。5G 将在2025 年实现大规模应用。

面对复杂多变的5G场景，任何信息服务提供商都很难提供全部的信息服务，开放融合的产业生态系统尤为重要，运营商、设备商和各垂直行业需要共同合作，为用户提供高效的、多样化的网络服务。电信级DevOps，实现端到端自动化切片运维，使运营商运维更加简便、轻盈，推进5G创新，助力社会数字化转型。

[1]ETSI GS NFV 001：“Network Functions Virtualisation（NFV）；Use Cases”.

[2]ETSI GS NFV 002：“Network Functions Virtualisation（NFV）；Architectural Framework”.

[3]ETSI GS NFV 003：“Network Functions Virtualisation（NFV）；Terminology for Main Concepts in NFV”.

[4]ETSI GS NFV 004：“Network Functions Virtualisation（NFV）；Virtualisation Requirements”.

[5]方琰崴.中兴通讯云化核心网vCN助运营商网络变革，通信世界，2018.

[6]朱建军，方琰崴.面向服务的5G云原生核心网及关键技术研究，数字通信世界，2018.