5G 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)綜述與初期部署方案研究*

李 昊，張 坦，王 妮

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司湖南分公司，湖南 長(zhǎng)沙 410003）

0 引 言

正如全球領(lǐng)先運(yùn)營(yíng)商們?cè)O(shè)想的那樣，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在未來(lái)10 年將要應(yīng)對(duì)爆炸式的流量增長(zhǎng)和多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中充斥著各種各樣的煙囪式系統(tǒng)和專(zhuān)有硬件設(shè)備，隨著運(yùn)營(yíng)成本的不斷上升，需要新的技術(shù)、新的網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營(yíng)模式對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理的總成本進(jìn)行有效控制。如何提升網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力，提升網(wǎng)絡(luò)資源使用效率，降本增效成為運(yùn)營(yíng)商可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。5G網(wǎng)絡(luò)未來(lái)將支持來(lái)自垂直行業(yè)的各種新用例，這些行業(yè)對(duì)性能和成本的要求比傳統(tǒng)移動(dòng)寬帶服務(wù)要廣泛得多，而現(xiàn)有的基于傳統(tǒng)“一刀切”設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)在性能、安全性、可用性和成本方面都無(wú)法滿(mǎn)足需求。為了有效利用物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，在增強(qiáng)移動(dòng)寬帶服務(wù)的基礎(chǔ)上適應(yīng)各種垂直行業(yè)定制的服務(wù)需求，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為了5G 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù)框架。

1 網(wǎng)絡(luò)切片的概念與驅(qū)動(dòng)力

1.1 多樣化的需求

正如文獻(xiàn)[1]提到的，5G 應(yīng)用場(chǎng)景可以分為3大類(lèi)。

（1）增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶（Enhanced Mobile Broad- band，eMBB）。這類(lèi)用例與當(dāng)前的用例類(lèi)似，是以人為中心的應(yīng)用場(chǎng)景，集中表現(xiàn)為超高的傳輸數(shù)據(jù)速率、廣覆蓋下的移動(dòng)性保證等，如VR/AR、超高清在線(xiàn)視頻服務(wù)等。

（2）超大規(guī)模機(jī)器類(lèi)通信（massive Machine Type of Communication，mMTC）。該場(chǎng)景包括低成本、低功耗、遠(yuǎn)程MTC 和寬帶MTC，需要極高的設(shè)備連接密度，如智慧城市、智能家居以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等。

（3）超高可靠性超低時(shí)延通信（Ultra-reliable and Low Latency Communication，uRLLC）。這一場(chǎng)景下，連接時(shí)延要達(dá)到1 ms 級(jí)別，且要支持高速移動(dòng)情況下的高可靠性連接。典型的用例是自動(dòng)駕駛場(chǎng)景。

1.2 現(xiàn)有解決方案

在引入網(wǎng)絡(luò)切片前，解決網(wǎng)絡(luò)差異化服務(wù)的手段主要是QoS 和APN。此外，4G 時(shí)代的專(zhuān)用核心網(wǎng)絡(luò)（Dedicated Core Network/Enhanced DECOR，DECOR/ eDECOR）也是一種極端的方案。

QoS 能提供用戶(hù)級(jí)或業(yè)務(wù)級(jí)的差異化服務(wù)，本質(zhì)上是根據(jù)相對(duì)優(yōu)先級(jí)爭(zhēng)搶資源。當(dāng)整體負(fù)荷較大時(shí)，即使高QoS 用戶(hù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量也無(wú)法保障。

APN 能提供網(wǎng)元級(jí)的差異化服務(wù)，用以區(qū)分不同數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接入，根據(jù)APN 將會(huì)話(huà)分流匯聚到不同的網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)。

DECOR/eDECOR能提供網(wǎng)絡(luò)級(jí)的差異化服務(wù)，對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景或用戶(hù)，在PLMN 中部署多個(gè)DECOR，通過(guò)功能定制，使其具備獨(dú)特的能力。eDECOR 方案引入了UE 輔助DCN 選擇機(jī)制，降低了DECOR 選擇時(shí)的信令開(kāi)銷(xiāo)，提高了DECOR 之間的隔離度。

相關(guān)技術(shù)的比較情況，如表1 所示。

表1 相關(guān)技術(shù)比較

從表1 可以看出，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)差異化服務(wù)手段的效果難以滿(mǎn)足5G 多樣化的需求場(chǎng)景。

1.3 網(wǎng)絡(luò)切片的概念

網(wǎng)絡(luò)切片的概念是隨著計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的，是指將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都可以針對(duì)特定類(lèi)型的應(yīng)用程序或用戶(hù)進(jìn)行定制和優(yōu)化。通過(guò)利用云計(jì)算和虛擬化技術(shù)，可以根據(jù)不斷變化的用戶(hù)需求將共享的物理網(wǎng)絡(luò)資源動(dòng)態(tài)有效地調(diào)度到邏輯網(wǎng)絡(luò)切片上。5G 網(wǎng)絡(luò)切片由一組網(wǎng)絡(luò)功能和所需的物理/虛擬資源組成，用于特定的用例或業(yè)務(wù)模型[1]。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片可以跨多個(gè)域，包括無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)行在分布式云基礎(chǔ)設(shè)施上的核心網(wǎng)絡(luò)和支持靈活虛擬功能放置的傳輸網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片不僅具有對(duì)應(yīng)服務(wù)所需的自定義功能，還應(yīng)具備適應(yīng)不斷變化的需求的能力。能向用戶(hù)提供虛擬的端到端的定制化服務(wù)，是區(qū)分網(wǎng)絡(luò)切片和網(wǎng)絡(luò)共享的關(guān)鍵特性之一。根據(jù)文獻(xiàn)[2]的定義，網(wǎng)絡(luò)切片由3 層結(jié)構(gòu)組成，如圖1 所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)切片結(jié)構(gòu)

（1）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實(shí)例層表示可以支持的最終用戶(hù)服務(wù)或業(yè)務(wù)服務(wù)，每個(gè)服務(wù)都由一個(gè)服務(wù)實(shí)例表示。

（2）網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例層包括可以提供的網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例，網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例提供服務(wù)實(shí)例所需的網(wǎng)絡(luò)特性。

（3）資源層提供創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例所需的所有虛擬或物理資源和網(wǎng)絡(luò)功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬化和模塊化

運(yùn)用虛擬化技術(shù)，通過(guò)抽象運(yùn)行軟件功能所需的資源，消除對(duì)專(zhuān)用硬件的依賴(lài)，以支持在共享物理資源上靈活地創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)切片。虛擬化技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)切片提供了重要的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體由一組緊密耦合的功能組成，這些功能基于特定的和豎井式的方式實(shí)現(xiàn)，難于適應(yīng)垂直行業(yè)對(duì)業(yè)務(wù)需求靈活性的要求。為了提升網(wǎng)絡(luò)的可編程性，5G 核心網(wǎng)引入了基于服務(wù)化的架構(gòu)，以支持細(xì)粒度和解耦的網(wǎng)絡(luò)功能。5G 核心網(wǎng)將由一系列小粒度、松耦合、高內(nèi)聚的模塊化網(wǎng)絡(luò)功能組成，不同的模塊化網(wǎng)絡(luò)功能組件（Network Function Components，NFCs）可以靈活鏈接，以形成更大的網(wǎng)絡(luò)功能，再將網(wǎng)絡(luò)功能組合成需要的網(wǎng)絡(luò)切片，如eMBB、URLLC、mMTC 等切片。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能支持獨(dú)立注冊(cè)、發(fā)現(xiàn)和升級(jí)，從而更便于滿(mǎn)足各垂直行業(yè)的定制需求[3]。

2.2 傳輸網(wǎng)切片技術(shù)

2.2.1 基于FlexE 技術(shù)實(shí)現(xiàn)子切片彈性伸縮和低時(shí)延

FlexE 技術(shù)通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)捆綁后的物理端口劃分為多個(gè)邏輯端口實(shí)現(xiàn)切片，可實(shí)現(xiàn)帶寬的靈活伸縮和邏輯端口之間的隔離。由于FlexE 技術(shù)具備大帶寬、靈活分配、硬管道和通道化的技術(shù)特點(diǎn)，因此能較好地滿(mǎn)足5G 網(wǎng)絡(luò)切片的需求[4]。

2.2.2 支持多種切片隔離技術(shù)

除FlexE 硬切片技術(shù)外，可以通過(guò)傳統(tǒng)的VLAN、VPN 等虛擬化技術(shù)，結(jié)合QoS，基于LDP、RSVP-TE、SR 等隧道層技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)軟切片。

2.3 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)切片技術(shù)

2.3.1 統(tǒng)一空口，支持切片

5G 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)基于統(tǒng)一的空口框架，采用靈活的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的切片需求，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)為每個(gè)切片進(jìn)行專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)資源RB 的分配和映射，形成切片間資源隔離；再進(jìn)行幀格式、調(diào)度優(yōu)先級(jí)等參數(shù)的配置，保證切片空口側(cè)的性能需求[5]。

2.3.2 靈活切分和部署

以用戶(hù)為中心，CU/DU 兩級(jí)架構(gòu)。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景和資源情況，可以對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行CU/DU功能的靈活切分和部署。

3 網(wǎng)絡(luò)切片發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 網(wǎng)絡(luò)切片整體架構(gòu)

端到端的網(wǎng)絡(luò)切片整體架構(gòu)包括通信服務(wù)管理、端到端切片管理、終端、無(wú)線(xiàn)、傳輸和核心網(wǎng)等6 大領(lǐng)域，以及運(yùn)營(yíng)層、管理層和網(wǎng)絡(luò)層3 個(gè)層次[6]，如圖2 所示。

運(yùn)營(yíng)層負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)流程的制定、SLA 模板設(shè)計(jì)及映射；管理層負(fù)責(zé)切片設(shè)計(jì)和實(shí)例化、切片配置及性能管理；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)各域?qū)η衅牟渴鸷椭С?，從而形成端到端的切片編排管理，維護(hù)運(yùn)營(yíng)架構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)切片整體架構(gòu)的主要特點(diǎn)包括：共享基礎(chǔ)設(shè)施，資源安全隔離；自動(dòng)化端到端資源配置和功能配置；網(wǎng)絡(luò)切片運(yùn)維能力開(kāi)放；按需定制，差異化SLA，可保證服務(wù)；跨域協(xié)同，端到端生命周期管理。

3.2 工作原理

為支持UE 的網(wǎng)絡(luò)切片選擇，在5G 核心網(wǎng)絡(luò)中引入了一個(gè)新的用于網(wǎng)絡(luò)切片選擇的網(wǎng)元NSSF，并定義了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片選擇標(biāo)識(shí)（Single Network Slice Selection Assistance Information，S-NSSAI）[7]。NSSF的主要功能包括為UE 選擇一組網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例，生成允許的S-NSSAI，并確定服務(wù)于UE 的AMF集。此外，引入與切片相關(guān)的用戶(hù)簽約數(shù)據(jù)，并由UDM 統(tǒng)一進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片由一個(gè)S-NSSAI 標(biāo)識(shí)，該信息由切片類(lèi)型（Slice/Service Type，SST）和切片微分器（Slice Differentiator，SD）兩部分組成。SST 在功能和服務(wù)方面定義網(wǎng)絡(luò)切片的類(lèi)型。3GPP 標(biāo)準(zhǔn)定義了eMBB、uRLLc、mIoT 和V2X 共4 種切片類(lèi)型。SD 是切片區(qū)分符號(hào)，補(bǔ)充了切片/服務(wù)類(lèi)型，用于區(qū)分相同切片/服務(wù)類(lèi)型的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)片實(shí)例。

圖2 網(wǎng)絡(luò)切片端到端架構(gòu)

用戶(hù)訂購(gòu)切片時(shí)分配S-NSSAI，并存儲(chǔ)至核心網(wǎng)UDM，由UDM 傳遞至AMF。同時(shí)，S-NSSAI 通過(guò)NSMF 傳遞至網(wǎng)絡(luò)側(cè)各域，與NSI 映射按照相關(guān)參數(shù)拉起實(shí)例化切片。

如圖3 所示，網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)準(zhǔn)注冊(cè)及會(huì)話(huà)建立流程如下：

圖3 網(wǎng)絡(luò)切片端到端流程

（1）UE 發(fā)起注冊(cè)請(qǐng)求，并攜帶請(qǐng)求切片的Requested NSSAI；

（2）RAN 根據(jù)請(qǐng)求的Requested NSSAI 選擇合適的AMF，并將UE 相關(guān)消息轉(zhuǎn)發(fā)給AMF；

（3）AMF 可以查詢(xún)UDM 用戶(hù)簽約信息，包括簽約的S-NSSAI，AMF 根據(jù)簽約的S-NSSAI 驗(yàn)證請(qǐng)求的NSSAI，當(dāng)AMF 無(wú)法為請(qǐng)求切片服務(wù)時(shí)，請(qǐng)求NSSF 選擇切片；

（4）NSSF 基于UE 請(qǐng)求的和簽約的切片信息，返回Allowed NSSAI 和目標(biāo)AMF；

（5）AMF 或RAN 重定向至目標(biāo)AMF；

（6）目標(biāo)AMF 將Allowed NSSAI 發(fā)送給UE，注冊(cè)流程結(jié)束；

（7）UE 發(fā)起會(huì)話(huà)建立請(qǐng)求，攜帶應(yīng)用對(duì)應(yīng)的切片ID（Allowed NSSAI 子集）；

（8）網(wǎng)絡(luò)側(cè)基于切片ID 選擇切片，提供業(yè)務(wù)。

如圖3 所示，切片標(biāo)識(shí)作為紐帶，貫穿網(wǎng)絡(luò)切片的全生命周期，在管理面和信令面的流程中均需攜帶。

3.3 核心網(wǎng)子切片

5G 核心網(wǎng)在NFV 的基礎(chǔ)上進(jìn)一步引入服務(wù)化架構(gòu)（Service-based Architecture，SBA），將網(wǎng)絡(luò)功能解耦為服務(wù)化組件，同時(shí)采用無(wú)狀態(tài)設(shè)計(jì)，使用輕量開(kāi)放的接口，使得5G 核心網(wǎng)具有敏捷、易拓展、靈活和開(kāi)放的特性，為實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)切片奠定基礎(chǔ)[8]。

目前，核心網(wǎng)切片的網(wǎng)絡(luò)功能已基本成熟，核心網(wǎng)側(cè)端到端網(wǎng)絡(luò)切片的基本流程已完成標(biāo)準(zhǔn)化，面向商用的切片隔離、重定向、切片標(biāo)識(shí)規(guī)劃等關(guān)鍵問(wèn)題已解決。

3.3.1 隔離方案

通過(guò)切片ID（Network Slice Selection Assistance Information，NSSAI）選擇接入不同的AMF，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元級(jí)隔離。核心網(wǎng)元的隔離方案分為完全獨(dú)立、部分控制面共享和控制面共享以及媒體面獨(dú)立3 種模式，以滿(mǎn)足不同的隔離度要求，如圖4 所示。

圖4 核心網(wǎng)隔離方案

3.3.2 重定向方案

切片選擇流程可能涉及初始AMF 無(wú)法滿(mǎn)足切片要求的問(wèn)題。此時(shí)，需通過(guò)AMF 間的重定向機(jī)制，重定向至滿(mǎn)足切片要求的目標(biāo)AMF。

3.3.3 切片標(biāo)識(shí)規(guī)劃方案

S-NSSAI 標(biāo)識(shí)特定的網(wǎng)絡(luò)切片，PLMN 內(nèi)不重復(fù)，由8 位SST 和24 位SD 組成。規(guī)劃方案如表2所示。

表2 S-NSSAI 規(guī)劃表

3.4 無(wú)線(xiàn)子切片

目前，無(wú)線(xiàn)子切片已完成基本的信令流程與業(yè)務(wù)保障機(jī)制設(shè)計(jì)，包括用戶(hù)接入時(shí)的切片選擇、基于QoS 與切片用戶(hù)組的業(yè)務(wù)保障機(jī)制和基于頻譜及設(shè)備的無(wú)線(xiàn)隔離方案等。

3.4.1 基于QoS 的業(yè)務(wù)保障

無(wú)線(xiàn)側(cè)可基于QoS 機(jī)制，從空口速率、時(shí)延和可靠性3 個(gè)維度對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)定性和定量的空口性能保障[9]。

3.4.2 基于資源預(yù)留的業(yè)務(wù)保障

參考標(biāo)準(zhǔn)引入“切片用戶(hù)組概念”，針對(duì)切片用戶(hù)組可配置為其預(yù)留的PRB 資源占比，其中一部分可配置為切片內(nèi)用戶(hù)專(zhuān)用，剩余預(yù)留資源在空閑時(shí)可與其他切片用戶(hù)共享。

3.4.3 隔離方案

無(wú)線(xiàn)隔離方案在現(xiàn)有技術(shù)條件下只能實(shí)現(xiàn)基于頻譜和設(shè)備的隔離。

（1）頻譜隔離。專(zhuān)網(wǎng)的頻譜資源有與公網(wǎng)共享頻譜、預(yù)留頻譜和獨(dú)享頻譜3 種方案。綜合考慮成本和性能，專(zhuān)網(wǎng)優(yōu)選共享頻譜方案；高性能要求和高隔離場(chǎng)景下，選擇預(yù)留頻譜和獨(dú)享頻譜方案。

（2）設(shè)備隔離。專(zhuān)網(wǎng)的設(shè)備隔離有與公網(wǎng)共用基站，包括RRU 共用、BBU 專(zhuān)用和基站專(zhuān)用3種方案。建議專(zhuān)網(wǎng)優(yōu)先復(fù)用公網(wǎng)基站，以較低成本提供業(yè)務(wù)邏輯隔離，同時(shí)可根據(jù)業(yè)務(wù)隔離性和可靠性的等級(jí)，進(jìn)一步選擇BBU 專(zhuān)用和基站專(zhuān)用方案。

3.5 傳輸網(wǎng)子切片

5G 回傳網(wǎng)絡(luò)將基于SPN 技術(shù)搭建。目前，SPN 技術(shù)已支持網(wǎng)絡(luò)切片，基站或核心網(wǎng)配置NSSAI 到VLANID 的映射，傳輸網(wǎng)根據(jù)映射完成的業(yè)務(wù)VLANID 以及VlanPri 信息，針對(duì)不同的業(yè)務(wù)要求提供軟、硬隔離的切片通道。如圖5 所示，通過(guò)切片以太網(wǎng)通道，在以太網(wǎng)物理PCS 層實(shí)現(xiàn)66B碼塊的交叉通道，實(shí)現(xiàn)切片硬隔離；通過(guò)以太網(wǎng)包交換通道，實(shí)現(xiàn)MPLS-TP 或者SR 的包交換通道，再通過(guò)QoS 實(shí)現(xiàn)切片軟隔離。

圖5 SPN 切片示意

對(duì)于傳輸網(wǎng)絡(luò)切片的硬隔離和軟隔離，對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)的影響主要表現(xiàn)在時(shí)延、抖動(dòng)以及丟包率等方面。硬隔離切片能提供低時(shí)延和高隔離性的業(yè)務(wù)保障，軟隔離切片支持帶寬的復(fù)用。目前，傳輸SPN 設(shè)備已具備切片能力，可根據(jù)無(wú)線(xiàn)/核心網(wǎng)確定切片類(lèi)型與映射方案生成切片通道。

3.6 終 端

當(dāng)前，大部分終端廠(chǎng)商對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)切片的理解與運(yùn)營(yíng)商有很大分歧，認(rèn)為切片并不是5G 服務(wù)的必選項(xiàng)，導(dǎo)致現(xiàn)有終端對(duì)切片方案特別是單用戶(hù)多切片方案的支持力度很差，目前只有華為海思芯片支持。因此，下一步亟待推動(dòng)整個(gè)終端產(chǎn)業(yè)支持切片方案的成熟度。

3.7 管理與編排

網(wǎng)絡(luò)切片極大地增加了網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜度，需要跨域協(xié)同（無(wú)線(xiàn)網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)端到端切片的管理和編排。3GPP TS 28.533[10]中定義了面向部署的三級(jí)管理功能：通信服務(wù)管理功能（Communication Service Management Function，CSMF）、網(wǎng)絡(luò)切片管理功能（Network Slice Management Function，NSMF）、網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理功能（Network Slice Subnet Management Function，NSSMF）。網(wǎng)絡(luò)切片管理和編排的架構(gòu)如圖6 所示。

圖6 網(wǎng)絡(luò)切片管理編排架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)切片的部署過(guò)程需要把用戶(hù)業(yè)務(wù)級(jí)別的需求轉(zhuǎn)化為對(duì)各個(gè)域的網(wǎng)絡(luò)需求，完成端到端的切片的資源申請(qǐng)和部署。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、靈活的網(wǎng)絡(luò)切片管理，NFV MANO 框架將被用于5G 網(wǎng)絡(luò)切片的管理和編排。通過(guò)NFV MANO 提供的管理界面可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（Network Service，NS）和VNF的生命周期管理以及支撐VNF 的虛擬資源的性能管理、故障管理和配置管理。

通過(guò)CSMF、NSMF、NSSMF 和MANO 實(shí)現(xiàn)5G端到端切片的訂購(gòu)、編排、部署的流程，如圖7 所示。

圖7 網(wǎng)絡(luò)切片運(yùn)營(yíng)流程

用戶(hù)通過(guò)CSMF 訂購(gòu)網(wǎng)絡(luò)切片，并提交相關(guān)的需求；CSMF 負(fù)責(zé)將用戶(hù)的需求轉(zhuǎn)化成切片需要的SLA；NSMF 根據(jù)SLA 選擇合適的子切片；NSSMF完成子切片的資源申請(qǐng)，并對(duì)切片進(jìn)行生命周期管理；由MANO 在NFVI 上完成切片的部署；同時(shí)有相應(yīng)的反饋機(jī)制通知用戶(hù)切片部署完成，后續(xù)用戶(hù)可以對(duì)切片進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。當(dāng)前，在NSMF/CSMF上進(jìn)行模板選擇以及在NSMF 上進(jìn)行切片子網(wǎng)需求的分解仍依賴(lài)人工操作，未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的模板匹配和需求分解，需要進(jìn)一步增強(qiáng)切片的管理能力。

3.8 小 結(jié)

目前，在切片功能方面，核心網(wǎng)和傳輸網(wǎng)整體支持較好，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)和終端還有待完善；在切片運(yùn)維方面，可初步實(shí)現(xiàn)端到端的全流程拉通和手動(dòng)運(yùn)維管理。

4 下一步需解決的關(guān)鍵問(wèn)題

4.1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)虛擬化與資源調(diào)度

RAN 虛擬化面臨著很大挑戰(zhàn)，因?yàn)楹芏酂o(wú)線(xiàn)電資源處理組件依然依賴(lài)于專(zhuān)用硬件。作為C-RAN的衍生成果，5G 基站由一個(gè)CU 和多個(gè)DU 組成。CU 比較適合虛擬化，但DU 的功能很難虛擬化，因?yàn)镈U 的功能?chē)?yán)重依賴(lài)專(zhuān)用硬件加速。因此，最大的挑戰(zhàn)之一在于DU 和物理通道虛擬化。如何保證波束成形情境下的有效切片隔離尤其值得研究。此外，多無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)（Multiple Radio Access Technologys，MRATs）能否通過(guò)同樣的硬件或其他專(zhuān)用硬件實(shí)現(xiàn)虛擬化處理尤其值得研究。

近期一項(xiàng)研究[11]結(jié)果顯示，要想實(shí)現(xiàn)基于切片粒度的無(wú)線(xiàn)資源調(diào)度，需要對(duì)5G 無(wú)線(xiàn)空口的第1/2/3 層引入新的切片信息、配置描述和專(zhuān)用協(xié)議。要想在不影響共享無(wú)線(xiàn)資源多重優(yōu)勢(shì)的前提下實(shí)現(xiàn)更有效的切片隔離，必須進(jìn)一步探索虛擬化和切片資源調(diào)度機(jī)制。需要進(jìn)一步研究到底需要適用于所有無(wú)線(xiàn)切片的通用RRM 還是分別適用于不同切片的專(zhuān)用RRM，因?yàn)橹行幕疪RM 很難管理具備不同功能切分的不同硬件組件?；诰W(wǎng)絡(luò)切片粒度的無(wú)線(xiàn)資源調(diào)度方案，是下一步的研究重點(diǎn)。

4.2 全面、智能的切片管理運(yùn)維

目前，業(yè)界還沒(méi)有一個(gè)得到廣泛認(rèn)可的網(wǎng)絡(luò)切片管理編排系統(tǒng)[12]。全面、智能的切片管理編排應(yīng)該是一個(gè)整體的端到端的管理和編排系統(tǒng)，可以滿(mǎn)足不同的服務(wù)需求，同時(shí)確保有效的資源利用和適當(dāng)?shù)母綦x。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，系統(tǒng)需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)切片的當(dāng)前狀態(tài)、底層資源狀態(tài)和預(yù)測(cè)的用戶(hù)需求對(duì)資源進(jìn)行高效、全面的管理。高效的資源調(diào)度機(jī)制需要結(jié)合最優(yōu)技術(shù)，以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展切片實(shí)例資源，以最優(yōu)的效果滿(mǎn)足不斷變化的用戶(hù)需求，而不會(huì)對(duì)其他切片實(shí)例的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。具體地說(shuō)，考慮到不斷變化的用戶(hù)需求、分布式和動(dòng)態(tài)云資源狀態(tài)，如何優(yōu)化部署和動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)切片的資源是當(dāng)前最困難的挑戰(zhàn)之一。

此外，網(wǎng)絡(luò)切片依據(jù)垂直行業(yè)客戶(hù)需求，需要提煉端到端網(wǎng)絡(luò)切片的SLA 需求并分解至核心網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)、傳輸各域，同時(shí)選擇合適的模板進(jìn)行切片實(shí)例化。如何有效定義SLA 和如何進(jìn)行質(zhì)量保證，還缺乏端到端的監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的閉環(huán)運(yùn)營(yíng)。

4.3 網(wǎng)絡(luò)切片的安全

網(wǎng)絡(luò)切片帶來(lái)了前所未有的安全挑戰(zhàn)[13]，其中包括切片間的安全威脅和域間網(wǎng)絡(luò)切片的資源融合問(wèn)題。此外，3GPP 已經(jīng)列出許多5G 網(wǎng)絡(luò)切片相關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)[14]。首先，由于網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（Virtualized Network Function，VNF）部署在共享的基于云的基礎(chǔ)設(shè)施上，因此不同切片之間的安全性和性能隔離顯得至關(guān)重要。由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)100%的物理隔離，攻擊者可以通過(guò)大量占用一個(gè)切片的容量彈性消耗另一個(gè)目標(biāo)切片的資源，從而使目標(biāo)切片停止服務(wù)。此外，根據(jù)5G 架構(gòu)，某些控制平面網(wǎng)元如NSSF，對(duì)多個(gè)切片是公共的，使得攻擊者可以通過(guò)非法訪(fǎng)問(wèn)另一個(gè)切片的公共功能來(lái)竊聽(tīng)目標(biāo)切片的數(shù)據(jù)。

另外，從UE 的角度來(lái)看，一個(gè)UE 可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)片，因此UE 有可能被利用為橋接器，從一個(gè)切片發(fā)起到另一個(gè)切片的安全攻擊。到目前為止，針對(duì)上述安全風(fēng)險(xiǎn)的幾種候選解決方案已經(jīng)確定[15]，但是在3GPP R15 中還沒(méi)有達(dá)成協(xié)議。從目前網(wǎng)絡(luò)切片的研究和標(biāo)準(zhǔn)化情況看，相關(guān)安全機(jī)制尚沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，離落地還有較長(zhǎng)的距離。這也是5G 網(wǎng)絡(luò)切片商用化面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

5 初期商用部署建議

5.1 以網(wǎng)絡(luò)切片為框架，構(gòu)建C/B/A 三類(lèi)相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)切片

結(jié)合2B 和2C 業(yè)務(wù)需求、隔離性需求及組網(wǎng)復(fù)雜度等，初期建議部署人網(wǎng)切片、行業(yè)通用切片和專(zhuān)網(wǎng)切片3 類(lèi)切片，如圖8 所示。

圖8 網(wǎng)絡(luò)切片初期商用部署情況

基站通過(guò)終端攜帶的切片標(biāo)識(shí)，將用戶(hù)分別接入到A/B/C 網(wǎng)中。當(dāng)終端不攜帶時(shí)，則通過(guò)重定向方式選擇切片。

5.1.1 人網(wǎng)切片（C 切片）

（1）業(yè)務(wù)定位。為個(gè)人用戶(hù)提供eMBB 默認(rèn)切片，支持eMBB 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、IMS 語(yǔ)音以及短信等業(yè)務(wù)，支持跨區(qū)、跨省漫游；全面繼承4G 為個(gè)人提供的業(yè)務(wù)，保證用戶(hù)體驗(yàn)。

（2）組網(wǎng)方案。全網(wǎng)統(tǒng)一切片ID，省間漫游時(shí)對(duì)于切片間移動(dòng)用戶(hù)無(wú)感知；用戶(hù)簽約中將eMBB切片設(shè)定為default S-NSSAI；設(shè)置人網(wǎng)AMF 為DefaultAMF，負(fù)責(zé)用戶(hù)首次注冊(cè)切片選擇并重定向到目標(biāo)AMF，需要與行業(yè)網(wǎng)的AUSF、PCF、UDM以及AMF 互通；與IMS、EPC 互通。

5.1.2 行業(yè)通用切片（B 切片）

（1）業(yè)務(wù)定位。典型場(chǎng)景即針對(duì)安全隔離性適中的行業(yè)用戶(hù)需求場(chǎng)景；業(yè)務(wù)形式為新號(hào)，可能有語(yǔ)音、短信需求；存在跨省漫游、4/5G 的互操作需求。

（2）組網(wǎng)方案。無(wú)線(xiàn)、傳輸資源與人網(wǎng)切片物理共享、邏輯隔離；核心網(wǎng)除NSSF 和NRF 外，與人網(wǎng)切片完全隔離；初期全網(wǎng)分配一個(gè)切片ID，為用戶(hù)提供省間無(wú)差異無(wú)感知的服務(wù)，允許各省根據(jù)自己的需求配置省內(nèi)切片ID；與IMS、EPC 互通。

5.1.3 專(zhuān)網(wǎng)切片（A 切片）

（1）業(yè)務(wù)定位。典型場(chǎng)景即以電網(wǎng)業(yè)務(wù)為藍(lán)本，安全隔離性高，需要物理隔離的場(chǎng)景；業(yè)務(wù)形式為新卡新號(hào)，沒(méi)有語(yǔ)音、短信需求；暫無(wú)跨省漫游、4/5G 的互操作需求。

（2）組網(wǎng)方案。無(wú)線(xiàn)、傳輸資源與人網(wǎng)切片、行業(yè)通用切片物理共享、邏輯隔離；核心網(wǎng)除NSSF 和NRF 外，與人網(wǎng)切片、行業(yè)通用切片完全隔離，初期UDM 與行業(yè)通用切片共享；服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完全隔離；分配獨(dú)立的切片ID。

5.2 基于切片+QoS+DNN 的方式，實(shí)現(xiàn)初期用戶(hù)差 異化的服務(wù)需求

QoS、DNN（5G的APN）和切片定位和作用不同。QoS 能力是5G 服務(wù)差異化場(chǎng)景需求的基礎(chǔ)，DNN是數(shù)據(jù)匯聚的一種標(biāo)識(shí)。切片在QoS、DNN 的基礎(chǔ)上可以提供進(jìn)一步的隔離性和群組資源保障。5G商用初期，以QoS、DNN 和通過(guò)手工配置的簡(jiǎn)化切片方案，在隔離性、網(wǎng)絡(luò)定制以及群組資源保障等能力上基本滿(mǎn)足大部分的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

針對(duì)客戶(hù)的差異化服務(wù)需求，提供相應(yīng)的方案發(fā)展市場(chǎng)，如圖9 所示。

對(duì)于無(wú)特殊需求的流量接入，使用默認(rèn)切片為用戶(hù)提供服務(wù)。

切片個(gè)性化部署從2C、2B 市場(chǎng)對(duì)切片技術(shù)有強(qiáng)烈需求的高價(jià)值應(yīng)用入手，培育切片的端到端運(yùn)營(yíng)能力，積累經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)切片端到端成熟。

利用切片為基礎(chǔ)滿(mǎn)足業(yè)務(wù)的多領(lǐng)域、多場(chǎng)景需求，切片內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)能力從QoS 起步，逐步疊加網(wǎng)絡(luò)功能，分層分級(jí)為客戶(hù)提供服務(wù)。

圖9 切片+QoS+DNN 方案

6 結(jié)論與展望

網(wǎng)絡(luò)切片是5G 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，是運(yùn)營(yíng)商應(yīng)對(duì)垂直行業(yè)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景、不同業(yè)務(wù)需求，提供定制化服務(wù)的一種技術(shù)框架。本文研究網(wǎng)絡(luò)切片的關(guān)鍵支持技術(shù)和各領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展，明確了網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)已具備5G 初期商用的能力，提出了初期的商用方案。未來(lái)5G 網(wǎng)絡(luò)切片將朝著端到端資源調(diào)度、智能化管理編排、高效安全的方向繼續(xù)發(fā)展，相信最終一定能將網(wǎng)絡(luò)切片打造為“運(yùn)營(yíng)商級(jí)專(zhuān)網(wǎng)”，成為企業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的首選，真正實(shí)現(xiàn)5G 改變社會(huì)。