基于云网统一切片技术的5G专线业务设计与实现

2019-11-07 11:55:17 移动通信 2019年9期

孙颖 李若朋 邓超 李奕群

【摘  要】介绍了一种基于云网统一切片技术实现的5G专线业务方案,包括这种业务的基本形态、特性和实现方案。在实现方案中重点介绍了两个技术要点:一是利用5G网络切片和云网协同能力实现的端到端统一切片方案;二是通过编排实现的跨域业务自动配置方案。最后,还给出了5G专线与媒体专网协同实现跨省高清直播视频传送的应用案例。

【关键词】5G专线;网络切片;云网融合

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2019.09.011        中图分类号:TN929.5

文献标志码:A        文章编号:1006-1010(2019)09-0057-05

引用格式:孙颖,李若朋,邓超,等. 基于云网统一切片技术的5G专线业务设计与实现[J]. 移动通信, 2019,43(9): 57-61.

Design and Implementation of 5G Private Line Based on

the Unified Slicing Technology of Cloud-Networks

SUN Ying1, LI Ruopeng2, DENG Chao3, LI Yiqun1

(1. Chinatelecom Research Institute, Beijing 102209, China;

2. Chinatelecom Co., Ltd., Beijing 100010, China;

3. Beijing Telecom, Beijing 100010, China)

[Abstract] This paper introduces a 5G private line service solution based on the unified slicing technology of cloud-networks, including its basic form, characteristics and implementation scheme. For the implementation scheme, two key technical points are introduced: one is the end-to-end unified slicing scheme based on 5G network slicing and the collaboration capability of cloud networks; the other is the cross-domain service automatic configuration scheme based on orchestration. In addition, an example of how 5G private line cooperates with media private network to realize cross-provincial HD live video transmission is given.

[Key words]5G private line; network slicing; cloud network collaborating

1   引言

2019年是公认的5G元年,国内5G牌照发布,很快三家运营商分别公布了5G体验套餐,5G时代正式开启。相对于4G来说,5G更重要的价值是与云计算、大数据、人工智能等技术深度融合,带动国民经济各行业、各领域实现高质量发展。同时,在5G市场发展初期,SA网络受限于终端成熟度、网络覆盖范围等因素,政企客户将成为主流客户群,因此针对2B市场的精准支撑比2C市场更为关键。

中国电信作为基础网络运营商,正在积极探索5G时代网络构建、服务推动、服务创造等多重角色,其中最重要的是作为网络服务提供商的角色,面向各类客户、各种业务场景、多种终端形态提供通用型专线、专网类服务。未来几年2B市场各种新兴业务场景下将产生大量5G接入的站点或终端构建专网或专线的需求,面向高端客户、行业客户提供定制化专网、专线业务,是5G网络价值显性化和产品化的必要条件。本文接下来将介绍一种基于云网统一切片技术实现的5G专线业务方案,包括其基本形态、特性和实现方案等。

2   業务需求

5G时代,网络通信与云计算将紧密耦合在一起,依托5G大带宽、低时延、高密度连接的通信能力,以及云计算的超大规模处理能力,将引发新一轮的应用创新潮。当前蓬勃兴起的VR/AR、无人机、无人驾驶,以及一系列物联网应用,可能只是5G应用的冰山一角。

在不同的应用场景下,客户对于网络的移动性、安全性、时延、可靠性需求是不同的。ITU-R将5G分为3个主要的应用场景:eMBB(enhance Mobile Broadband,增强移动宽带)、uRLLC(ultra Reliable &Low Latency Communication,高可靠低时延通信)和mMTC(massive Machine-Type Communications,海量机器通信)。然而在实际应用中,以上三大类场景中的不应用之间对网络承载的要求还是有差异的。比如AR应用和智能驾驶,AR应用对带宽要求最高,承载通道应保障端到端4G以上带宽;而智能驾驶对时延要求最高,网络达到3 ms以下时延才能满足需求。包括5G在内的运营商网络面对终端种类与数量呈几何级数增长,网络资源需要根据业务需求合理分配、动态分配[1],这正是本文分享的网络业务设计理念。

3   业务形态

本文所述的5G专线业务,是基于5G网络的切片、QoS、高带宽低时延等特性,与传输、IP、云网等基础资源相协同实现云网统一切片,为客户提供独享型或共享型专线专网服务。之所以要求“云网统一切片”,是因为客户专网或专线涉及的节点和系统可能位于不同网络中、不同云节点中,需要将跨域资源拉通并形成统一交付的专网专线。5G专线业务主要面向的场景,是使客户5G方式接入的站点、终端或者云端业务平台之间,可通过独享或共享的专线专网互通,满足多点组网、点到点专线、入云、入多云等综合需求。另外,基于SDN网络架构实现业务自动配置和弹性调整,客户可以根据自身业务需求在专线专网资源、带宽、时延、连接数量、拓扑等方面定制差异化服务,当客户需求发生变化时可自主进行业务配置调整。

5G专线业务提供的组网功能如图1所示。

客户多个站点、多种终端、多类远端系统之间可以通过独享型或共享型专网进行三层互通,这些站点、系统也可以分布在不同的云内,同一地域分支节点经5G、城域网、云内网互联组网,异地分支节点经5G、城域网、IP骨干网或传输网、云内网互联组网。

如果客户的多个分支站点、多个终端包含5G接入方式及其他固网专线方式,本业务支持这些站点和终端、云节点融合组网,即允许5G专线的站点或终端与其他类型接入的站点或终端之间构成三层VPN,并可根据客户提供的VPN拓扑设置节点间的互通策略。

5G专线还可以与中国电信行业专网相结合,形成面向重点行业的组合专网能力。如图2所示的5G专线与媒体专网相结合实现跨省8K视频直播案例。

事实上,基于云网统一切片能力构建的客户专用网络,其价值不仅在于针对客户数据的保护和端到端承载的高品质保障,更在于客户对这张专用网络的可定制化和可操作性。这对一些业务形态复杂、配置灵活度要求高的客户来说,具有很高的实用意义。

4   业务实现方案

实现5G专线业务的云网统一切片能力基于如图3所示的四层架构:

图3中包含业务层、编排层、控制层、基础网络层。业务层指面向客户或业务开通人员进行业务订购操作的系统;编排层主要是编排器和一些相关的OSS系统。编排层系统是实现云网统一切片的核心系统,负责端到端业务配置的分解和协同;控制层包括SDN控制器、网管系统、云侧管理系统,以及一些厂家EMS,控制层系统根据编排层下发的配置要求进行基础网络的配置;基础网络层包括客户业务配置所涉及到的各类网络,如5G网络、IP网络、传输网、云内网络等。

實现5G专线业务的技术要点是:5G网络内通过切片和DNN实现的客户业务隔离通道与5G网络外的云网一体隧道相互衔接,从而形成端到端的专线专网隔离通道,保证客户专线业务流量与其他客户流量、互联网流量相互隔离;通过编排层实现多个网段的协同配置,包括5G网、IP网、云内网等,使得客户5G专线互联的节点涵盖5G接入、城域网接入、云节点等混合组网场景。

(1)关于上述第一个技术要点,本业务方案的试验验证系统中采用了分层隔离。

首先利用网络切片为高端客户提供资源的独享,可以基于硬切片方式,也可以基于软切片方式,例如网络设备或主机层面的独占、虚机层面的独占,以及VPN方式的隔离。其次5G网内采用客户专用DNN进行隔离,通常情况下每个客户使用一个DNN。5G核心网根据客户DNN对应到不同的外部网络,此时需要由编排层根据客户业务需求和其他节点接入方式选择衔接的专网或专线方式,如传输专线、MPLS VPN、overlay VPN等。外部网络的专网或专线将延伸到客户组网的其他类型接入节点,与5G接入的节点形成完整的专线或专网。

试验验证系统端到端业务隔离方案如图4所示:

图4中,如果客户购买5G专线产品实现入云专线功能,则涉及的配置要求包括签约切片配置、服务等级配置、资源配置、路由配置等。业务隔离方案中涉及的客户切片,应预先完成切片模板设计、验证、发布,并在客户订购业务时进行实例化。当客户终端接入5G网络发起RRC连接建立请求和注册请求信息时,核心网根据业务配置下发URSP策略到终端,后续终端会依据该URSP策略选择切片。

业务隔离方案中涉及的客户DNN,在客户业务开通过程中下发到核心网SMF,并在客户对应的UPF配置DNN流量与外部网络间路由策略。业务隔离方案中涉及的客户QoS,须在PCF定义IP流特征(五元组及方向)与QoS等级的对应关系[5],在客户终端建立PDU session时,PCF会把QoS策略下发给终端,后续接入网、承载网、核心网均按照客户签约的QoS等级实现差异化调度。

(2)上述第二个技术要点,主要是实现端到端自动化配置,如此复杂的业务配置采用手工方式是不现实的,涉及多种业务隔离策略的交叉使用,以及多个网络域的配置协同。

在本业务方案的试验验证系统中,以编排为核心实现上述云网统一切片的配置自动化。编排层须与控制层各系统对接,实现云网专线自动配置。在前期中国电信云网融合业务实践中,上述对接要求中5G外网部分已经具备条件,本试验方案关键是验证编排层对5G网络的配置,主要包括切片配置、客户签约数据配置等。

根据3GPP定义,5G网络切片管理系统分为三层[2-3],如图5所示:

其中CSMF(Communication Service Management Funtion,通信服务管理功能)完成用户业务通信服务需求订购和处理,将通信服务需求转换为对NSMF(Network Slice Management Function,切片管理功能)的网络切片需求;NSMF对接NSMF,接受从NSMF下发的网络切片子网部署需求,将网络切片子网的SLA需求映射为网络服务的QoS需求,向NSSMF(Network Slice Subnet Management Functio,切片子网管理功能)下发网络子切片部署请求;NSSMF对接NSMF,接收从NSMF下发的网络切片子网部署需求,将网络切片子网的SLA需求映射为网络服务的QoS需求,下发网络服务的部署请求来管理NSSI。

在本业务方案的试验验证系统中,编排层与切片管理系统标准三层架构的NSMF层基本对应,实现切片设计、SLA管理与切片LCM功能。而切片运维与监控功能、NSSMF功能,根据相关设备和系统的管理要求可能由相应的网管系统实现[4]。这样,在业务开通过程中,编排层向NSSMF下发客户切片实例化配置,同时下发QoS配置、DNN配置、VLAN配置等,完成客户业务5G网络段的开通。

云网统一切片的配置中,编排层须负责跨域配置信息交互与协同。这种跨域配置协同涉及到不同域的配置时间顺序,例如入云功能,编排层须首先向云侧控制平台下发客户云内网络配置要求,待云内网络配置完成后,云侧控制平台会向编排层返回客户云内网络与云外部网络对接的VLAN或VxLAN号,接下来编排层才会向云外部网络的控制系统下发配置要求,接口中应包含云侧提供的VLAN或VxLAN号,以便于与云侧对接的设备完成客户专线通道的映射。

5   结束语

中国电信作为全球领先的5G运营商,正在向5G全場景应用专家目标迈进。本文介绍了以云网统一切片能力为基础实现的5G专线业务基本形态、业务特性和实现方案。在本文所述的方案中综合运用了SDN、虚拟化、智能化技术,发挥运营商资源优势,使得产品不仅具有传统专线专网产品的高性能、高安全、全网支持特性,还具备同时适用于客户侧多种终端类型、多种访问目标、多种应用场景的能力,可提供运营商级端到端服务保障。面向重点行业、重点客户群的云网统一切片具体SLA参数配置将是后续研究工作的重点。

参考文献:

[1] 梁雪梅. 5G网络切片技术在国家电网中的应用探讨[J]. 移动通信, 2019,43(6): 47-51.

[2] 3GPP. 3GPP TS 28.530 V15.1.0: Services and System Aspects; (Release 15)[S]. 2018.

[3]3GPP. 3GPP TS 28.531 V16.0.0: Services and System Aspects; (Release 16)[S]. 2018.

[4] 3GPP. 3GPP TS 28.532 V15.1.0. Services and System Aspects[S]. 2018.

[5] 冯征. 面向应用的5G核心网组网关键技术研究[J]. 移动通信, 2019,43(6): 2-9. ★