关于5G切片端到端的研究

摘 要 5G切片技术的引入，使运营商实现从传统的专用电信网向通用网络平台的转变成为可能。本文从客户对切片网络的需求角度出发，研究分析了从终端到核心网端到端切片网络的架构、所用到的关键技术，以及切片相关的实现流程。

关键词 切片;隔离;编排;微服务FlexE S-NSSAI

背景概述

当前移动2C用户已经饱和，行业/企业领域还是一片蓝海。切片技术将使运营商能够按照企业/行业需求提供满足要求的管道，通过技术创新来达到商业创新，实现从传统的专用电信网向通用网络平台的转变。切片的根本驱动力是用IT的思想来驅动CT，使行业实现网络数字化及ICT融合。

3GPP明确一个切片由用于支持特定用例的一组逻辑网络功能组成，按照运营商需要的方式，将终端引导接入正确的切片。网络切片支持一个特定的连接类型的通信服务，并为这个服务提供控制面和用户面特定的处理方法。

1客户对切片网络的需求

从客户角度，理论上本身是不需感知切片网络，只是提业务诉求;不同客户的业务诉求层次不同，层次越高需要的资源越多，从技术和商业模式的实现成本越高，对于运营商网络而言，就需要考虑通过网络切片有效的去解决这个差异化问题。

大部分客户对切片网络切片的需求是运营隔离服务而不是网络隔离;而运营商更关心的是如何实现集成承载各类客户的不同需求;最终切片网络也就出现两种表现形式：

（1）基于租户定制：类似电网这种有特别需求的。

（2）基于业务性质：类似NBIOT，由相同业务性质的用户共享。

2端到端切片网络的构建

切片不仅仅是和核心网相关，还涉及无线、承载，是个端到端的解决方案。可以从下面的网络切片管理总体架构对切片有个宏观的认识。

2.1 核心网

核心网的NFV和微服务化架构是实现灵活切片的基础。核心网切片架构可按服务等级大概分为完全共享、用户面独立、独立切片三种形态，提供从低到高的隔离度和差异性;无论是按哪种形态，本质上在核心网切的不是网络功能，而是下面的计算资源;服务等级越高，组网复杂度也会越来越高，共享主机组计算资源粒度已无法满足要求，需要配置独立主机组，计算资源的利用率也会随之降低。

基于原生云化的服务化架构，可以实现资源的动态分配、网络功能灵活编排。微服务是应对5G业务敏捷的基础技术，而容器技术则是微服务的最佳承载。

2.2 传输承载网

对于承载传输，天生就是基于网络资源层面切片实现的，可以同时支持VLAN QoS的调度软隔离，以及FlexE交叉/OTN的硬隔离。

作为一项不可或缺的关键技术，FlexE技术是在MAC层PCS层之间增加FlexE Shim层，基于Calendar分发机制在物理层上传输。FlexE技术主要用于实现接口分片，即在一个物理接口上分片出多个逻辑接口。

同一个物理端口，承载不同业务时，通过FlexE Shim层分发到不同的子MAC，实现业务之间的隔离;物理端口带宽不够时，通过FlexE Shim层分发到多个物理端口，实现端口的捆绑功能。

基于时隙调度的FlexE硬管道实现了严格按带宽的分配和隔离;单个FlexE硬管道内不同用户/业务使用FlexE子接口实现优先级调度体现差异。

2.3 无线接入网

5G RAN实现切片的方法主要有3种：

（1）无频谱隔离，QoS优先级调度

所有切片用户均能接入，不做资源预留;不同业务（切片）通过配置不同的目标速率（QoS体现）以差异化优先级方式共享频谱资源，高优先级切片的用户可优先占用RB资源。

（2）频谱分割，RB隔离

所有切片用户均能接入，可以根据业务需求配置切片组，并预留RB资源给对应的切片组，同切片组的RB资源可以是彼此隔离的。同切片保留频谱会导致频谱碎片化，频谱利用率下降;可共载波亦可不同载波配置。

（3）频谱隔离，载波隔离

不同的切片用户接入不同载波，将不同（类型的）业务切片组划分到不同的载波承载;不同频点具备差异化的承载硬能力（吞吐率，时延等），在每个频点、片用户间仍可通过不同的调度优先级体现差异化。

2.4 终端

终端是支持切片端到端的重要环节和关键技术，这里的终端包括了手机、CPE和内嵌通信模组的行业设备。终端支持切片需要至少明确三方面能力：

（1）支持32bit的切片标识S-NSSAI（8bit的SST和24bit的SD），以便运营商据此标识租户、业务等信息

（2）支持运营商规定的最小可附着的切片数，协议要求是最多可以同时附着在8个切片上

（3）支持URSP，URSP的细则需要结合切片商品设计、切片用户需求进行细则设计，并逐步更新、优化

3切片流程

（1）PCF把UE 路由选择策略通过AMF发给UE，UE用来关联APP-ID和S-NSSAI（切片ID）。

（2）UE创建PDU会话时，根据URSP选择APP对应的S-NSSAI，SMF分配对应的UPF，同时gNB通过配置将S-NSSAI映射到不同的Vlan子接口（Vlan ID）。

（3）不同的Vlan子接口在承载网绑定不同的分片VPN，然后VPN 绑定隧道，最后隧道绑定FlexE，承载网和核心网侧的互通流程也类似，实现E2E 的切片互通。

4结束语

切片，除了对I层技术提出需求，特别是核心网领域之外，更本质的是运营管理技术的创新。切片从商业角度看是典型的端管云协同的执行，同时产生了新的商业角色和商业生态，甚至切片产业推进的真正核心力量从角色上是云提供商，而不是运营商。

参考文献

[1] 曹士明.试论5G安全威胁及防护技术[J].中国新通信，2020，22 （13）：143-144.

[2] 陈峰，谭亚运，毕以峰.5G核心网网络架构及关键技术研究[J].数字通信世界，2020（07）：77，82.

作者简介

赵怀民（1980-），男，山东人，毕业院校：西北大学，专业：电信专业，学历：本科;现就职单位：中国电信北京公司，研究方向：移动网络规划优化。