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中国联通5G网络切片白皮书.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.70M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    中国联通 5G 网络切片白皮书 中国联合网络通信有限公司网络技术研究院 2018 年 6 月
    中国联通 5G 网络切片白皮书 目 录 1 引言 ..................................................................................................................................... 1 2 5G 网络切片需求及挑战 ................................................................................................ 1 2.1 市场发展需求 .................................................................................................................... 1 2.2 网络挑战分析 .................................................................................................................... 2 3 5G 网络切片关键技术要求及解决方案 ..................................................................... 3 3.1 5G 网络切片整体架构 ....................................................................................................... 3 3.2 E2E 网络切片技术要求...................................................................................................... 4 3.2.1 核心网子切片技术要求 ................................................................................................. 4 3.2.2 无线网子切片技术要求 ................................................................................................. 6 3.2.3 传输网子切片技术要求 ................................................................................................. 8 3.2.4 切片编排管理系统技术要求 ......................................................................................... 9 4 5G 网络切片商业形态重构分析................................................................................ 11 4.1 5G 网络切片对业务及商业形态的影响 .......................................................................... 11 4.2 5G 网络切片典型业务场景及需求 .................................................................................. 12 4.2.1 自动驾驶 ....................................................................................................................... 12 4.2.2 增强现实 ....................................................................................................................... 13 4.3 面向 5G 网络切片的网络演进及业务需求对接规划 ...................................................... 14 5 总结和展望 ..................................................................................................................... 16 I 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018
    中国联通 5G 网络切片白皮书 中国联通 5G 网络切片白皮书 1 引言 5G 时代，移动通信技术将成为社会数字化发展的强力催化剂，未来的移动通信将进一 步发展并触及各种垂直行业，如自动驾驶、制造业、能源行业等，并持续在金融业、健康护 理等目前移动通信已有涉及的行业进一步深入发挥作用。移动通信网络潜力的进一步挖掘就 取决于这些垂直行业提出的多样化的业务需求。 但业务需求的多样性同样为运营商带来了巨大的挑战，如果运营商遵循传统网络的建设 思路，仅通过一张网络来满足这些彼此之间差异巨大的业务需求，那么对于运营商来说将是 一笔成本巨大同时效率低下的投资。基于这样的需求，网络切片技术应运而生，通过网络切 片，使得运营商能够在一个通用的物理平台之上构建多个专用的、虚拟化的、互相隔离的逻 辑网络，来满足不同客户对网络能力的不同要求。 由此，通过基于 5G 服务化架构的网络切片技术，运营商将能够最大程度地提升网络对 外部环境、客户需求、业务场景的适应性，提升网络资源使用效率，最优化运营商的网络建 设投资，构建灵活和敏捷的 5G 网络。 2 5G 网络切片需求及挑战 2.1 市场发展需求 5G 时代将是一个万物感知，万物智能和万物互联的时代。未来不同业务对于网络的要 求将是多样化的，例如智能家居、智能电网、智能农业和智能抄表需要大量的额外连接和频 繁传输小型数据包的服务支撑，自动驾驶和工业控制要求毫秒级时延和接近 100%的可靠性， 而娱乐信息服务则要求高质量的固定或移动宽带连接。上述服务需求表明 5G 网络需要更加 灵活，以支撑不同业务场景和环境下的差异性连接。 为了适配未来不同业务的需求，5G 网络被寄予了非常高的期望。5G 系统架构的设计 将直接影响到未来 5G 网元的性能以及网络能力的开放程度。同时，随着虚拟化技术的不断 成熟，未来 5G 网络需要充分实现底层虚拟化带来的挑战和诉求，通过变化上层设计最大程 度发挥虚拟化技术的优势。国际电信联盟（ITU）将 5G 时代的业务归纳成三种典型的类型， 增强型移动宽带（eMBB）、超高可靠性低时延业务（URLLC）和海量机器类通信（mMTC）。 1 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018
    中国联通 5G 网络切片白皮书 图 2-1 5G 业务趋势 2.2 网络挑战分析 随着技术和市场的发展，众多垂直行业将在 5G 时代完成数字化转型，例如德国提出的 工业 4.0，中国提出的中国制造 2025，以及炙手可热的人工智能技术在全球范围内的应用， 都需要借助网络来进行连接，并对网络，尤其是即将到来的 5G 网络，提出了新的挑战。为 通过网络切片实现众多垂直领域业务，网络需要实现按需的网络能力和灵活的运行与管理。 按需的网络能力 网络切片是 SDN/NFV 技术应用于 5G 网络的关键服务。一个网络切片将构成一个端到 端的逻辑网络，按切片需求方的需求灵活地提供一种或多种网络服务。考虑到 5G 网络能够 按照不同客户的需求灵活地划分网络切片，提供多种差异化的网络服务，5G 基础设施平台 需要选择由基于通用硬件架构的数据中心构成支持 5G 网络的高性能转发要求和电信级的 管理要求，并以网络切片为实例实现 5G 移动网络的定制化部署。 网络切片需要支持运营商，对时延、移动性、可用性、可靠性和数据速率等网络性能提 供差异化定制，例如有些情况需要 5G 系统支持的非常高的数据速率或流量密度，而另一些 情况需要支持非常低的延迟和非常高的通信服务可用性。 网络切片还需要支持针对公共安全、公司客户、漫游用户或托管 MVNO 等特定用户提 供逻辑隔离的网络，并对优先级、计费、策略控制、安全性和移动性等进行功能差异定制。 灵活的运行和管理 切片管理功能有机串联商务运营、虚拟化资源平台和网管系统，为不同切片需求方（如 垂直行业用户、虚拟运营商和企业用户等）提供安全隔离、高度自控的专用逻辑网络。 2 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018 eMBBmMTCURLLCUHD(4K,8K)VRPersonal CloudTactile InternetARSelf-DrivingIndustrial AutomationMission-Critical IoT (eHealth..)Smart GridSmart HomeSmart CityReal-time telemetric, sensor networkMachine to machinePerson to machinePerson to person
    中国联通 5G 网络切片白皮书 切片选择功能实现用户终端与网络切片间的接入映射。切片选择功能综合业务签约和功 能特性等多种因素，为用户终端提供合适的切片接入选择。用户终端可以分别接入不同切片， 也可以同时接入多个切片。用户同时接入多切片的场景考虑到终端实现复杂度，可对移动性 管理等终端粒度的控制面功能进行共享，而业务粒度的控制和转发功能则为各切片的独立功 能，实现特定的服务。 3 5G 网络切片关键技术要求及解决方案 3.1 5G 网络切片整体架构 5G 端到端网络切片是指将网络资源灵活分配，网络能力按需组合，基于一个 5G 网络 虚拟出多个具备不同特性的逻辑子网。每个端到端切片均由核心网、无线网、传输网子切片 组合而成，并通过端到端切片管理系统进行统一管理。 图 3-1 5G 网络切片整体架构 基于服务化架构的核心网支撑切片按需构建 传统基于专用硬件的核心网无法满足 5G 网络切片在灵活性和 SLA 方面的需求。5G 核 心网基于全新的服务化架构，将网络功能解耦为服务化组件，组件之间使用轻量级开放接口 通信。这种高内聚低耦合的结构使其具备敏捷、易拓展、灵活、开放的特性，从而满足网络 切片的按需构建、动态部署弹缩和高可靠性要求。 灵活无线切片和统一空口架构设计适配多样化切片场景 5G 无线网支持 AAU/CU/DU 的灵活切分和部署，满足不同场景下的切片组网需求。CU 可云化部署方便无线资源的集中管理，也可下沉与 DU 合一部署降低传输时延，满足低时延 场景的需求。同时，统一的空口框架，灵活的帧结构设计支持切片无线资源的灵活分配，配 3 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018 端到端切片编排管理系统切片全生命周期管理PNF/VNF统一编排切片运维智能化切片能力开放/自运营URLLCeMBBmMTCMECvCN-UvCDNDU/CUCUAAU服务化架构，分布式部署统一空口，支持切片MECvCN-UvCDNCUvCN-UvCN-C边缘DC接入机房区域/本地DC
    中国联通 5G 网络切片白皮书 合 Massive MIMO，MUSA，Mini-slot 等关键创新技术，实现不同切片场景下对空口的差异 化需求。 SDN 化传输网配合多层次切片技术灵活构建传输切片 传输网切片运用虚拟化技术，将网络拓扑资源虚拟化，按需组成虚拟网络。网络切片面 向网络拓扑资源的虚拟化，构建虚拟网络(vNet)。支持多层次的切片隔离技术，如 FlexE、 LDP LSP、RSVP-TE 隧道、VLAN 等技术，满足不同隔离要求下的切片需要。FlexE，FlexO 等创新技术的采用使得虚拟网络/切片具备刚性管道能力，满足高隔离要求下的底层快速转 发。 SDN 架构的层次化控制器，实现物理网络和切片网络的端到端统一控制和管理，从而 满足不同类型切片业务对传输的要求。 端到端切片编排管理实现模型驱动的切片运营 切片给网络带来灵活性的同时也增加了管理的复杂性，需要统一的智能化系统实现切片 的端到端编排管理。电信级 DevOps 平台跨越切片的设计域和运行域，实现从设计、测试、 部署到运行监控，以及动态优化的切片全生命周期管理自动化闭环。平台具备拖拽式的切片 设计环境，自动化端到端编排部署，AI 增强的自动运维，通过全流程模型化驱动，实现业 务需求和网络资源的灵活匹配，满足客户的快速定制和部署需求。 3.2 E2E 网络切片技术要求 3.2.1 核心网子切片技术要求 5G 核心网支持灵活的切片组网，基于微服务的网络切片构建，以及切片的智能选择、 切片的能力开放、4/5G 切片互通、切片的多层次的安全隔离等关键技术要求。 图 3-2 核心网切片参考组网 切片的灵活组网 4 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018 NSSFDN1DN2切片共享NF PDU session 3#UPFSMFUPFSMFUPFAMFUDMUDSFUDRPCFNRFPDU session 2#PDU session 1#按PLMN部署NF 切片专属NF SMFAUSF
    中国联通 5G 网络切片白皮书 根据 SLA、成本、安全隔离等需求，核心网切片支持 GROUP A，B，C 等多种共享类 型进行灵活的组网。其中 GROUP A 是媒体面和控制面网元都不共享，其安全隔离度高、对 成本不敏感，适用于远程医疗、工业自动化等场景；GROUP B 是部分控制面网元共享，媒 体面和其他控制面网元不共享，其隔离要求相对低，终端可同时接入多个切片，适用辅助驾 驶、车载娱乐等场景；GROUP C 是控制面网元共享，媒体面网元不共享，隔离要求低，对 成本敏感，适用手机视频、智能抄表等场景。 切片典型组网是 NSSF 和 NRF 作为 5G 核心网公共服务，以 PLMN 为单位部署；AMF， PCF，UDM 等 NF 可以共享为多个切片提供服务；SMF、UPF 等可以基于切片对时延、带 宽、安全等的不同需求，为每个切片单独部署不同的 NF。 基于微服务的切片快速构建 5G 核心网支持灵活组合 3GPP 定义的标准 NF 服务和公共服务。在可视化界面上，可 通过将各类服务拖拽组合的方式灵活编排 NF，再将 NF 组合成需要的网络切片，如 eMBB、 URLLC、mMTC 等切片。每个服务支持独立注册，发现和升级，从而更便于满足各垂直行 业的定制需求。 图 3-3 基于微服务快速构建网络切片 切片的智能选择 5G 核心网切片主要采用 NSSF 实现切片的选择。NSSF(Network Slice Selection Function)支持基于 NSSAI(Network Slice Selection Assistance Information)、位置信息、切 片负荷信息等各种策略，智能化的选择切片。基于位置信息可以实现全国、省市等大切片的 部署，也可以实现如工业园区、奥体中心、智慧小区等小微切片的部署。同时，5G 核心网 支持通过 NWDAF(Network Data Analytics Function)实时采集网络切片的性能指标，如用户 数、当前吞吐量、平均速率等，NSSF 从 NWDAF 获取相关的数据并结合 AI 执行智能化的 切片选择策略。 切片的能力开放 通过服务化架构，5G 核心网能力开放功能 NEF（Network Exposure Function）可直 接或者通过能力开放平台向外部应用提供网络服务，支持定制化的网络功能参数、基于动态 5 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018 eMBBURLLCmMTCAMFUDMUPFvRouterHTTPCDBLB...AMFUDMUPFvRouterCDBLB...AMFUDMUPFvRouterCDBHTTPLB...UPF_eMBBUPF_URLLCUPF_mMTC…MobilityMgt.LoadBalancevRouterHTTP…SubscriberDataServiceDataStateData…Service LogicCommon ServiceCDB( Cloud Database)MicroserviceSessionMgt.PacketForwarding…
    中国联通 5G 网络切片白皮书 DPI 的灵活 Qos 策略、个性化切片和流量路径管理和个性化切片和流量路径管理等能力开 放功能，从而更加精细化和智能化的满足外部对网络服务的要求。 图 3-4 切片能力开放 切片的漫游 NSSF 和 AMF 通过对 VPLMN 和 HPLMN 的 NSSAI 进行映射，支持用户跨运营商，甚 至跨国际的漫游。vNSSF 负责选择 VPLMN 中的切片，hNSSF 负责选择 HPLMN 中的切片。 3.2.2 无线网子切片技术要求 无线网子切片，作为端到端网络切片中的一个关键组成部分，需要根据端到端切片编排 管理系统下发的不同业务的不同 SLA 需求，进行灵活的子切片定制。无线网如果要支持灵 活的切片，在架构层面需要支持如下关键功能： 统一空口，支持切片 无线网基于统一的空口框架，采用灵活的帧结构设计。针对不同的切片需求，首先无线 网为每个切片进行专用无线资源 RB 的分配和映射，形成切片间资源的隔离，再进行帧格式、 调度优先级等参数的配置，从而保证切片空口侧的性能需求。 灵活切分和部署 根据不同的业务场景以及资源情况，可以对无线网进行 AAU/DU/CU 功能的灵活切分和 部署。 通常来说，mMTC 场景对时延和带宽都无要求的，可以尽量进行集中部署，获取集中 化处理的优势； eMBB 场景对带宽要求都比较高，对于时延要求，差异比较大，CU 集中 部署的位置根据时延要求来确定；而 URLLC 场景对时延要求极其苛刻，一般都会采用共部 署的方式，来降低传输时延的损耗。 6 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018 音视频能力用户数据能力位置能力网络切片能力…能力开放层用户大数据分析房产、广告、零售等其他行业视频通话+网络控制医疗教育Slice2: eMBBSlice3: URLLCRESTfulAPIWEB Service网络切片+运营支撑虚商、电商专网运营Slice1: mMTCAMFSMFUPFPCFUDM….NEF
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