用户体验驱动的5G切片SLA保障白皮书-中文.pdf

发布时间：2022-06-10 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.98M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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用户体验驱动的 5G 切片 SLA 保障（2019）用户体验驱动的 5G 切片 SLA 保障白皮书

目录 1.切片 SLA/QoE 控制的总体挑战 .................................................................................................. 6 1.1 什么是切片 SLA/QoE .................................................................................................................................. 6 1.2 5G 切片与服务质量（QoS） ....................................................................................................................... 8 2 基于数据分析的切片 SLA 保障 ................................................................................................... 9 2.1 业务 MOS 模型训练框架 ........................................................................................................................... 10 2.2 切片 SLA 保障框架 ..................................................................................................................................... 11 2.2.1 切片 SLA 保障的两大问题 ............................................................................................................... 11 2.2.2 问题一的解决方案：切片 QoE 驱动的切片资源配置更新 ........................................................... 14 2.2.3 问题二的解决方案：切片 QoE 驱动的 RAN 资源调度 ................................................................ 15 3 切片服务保障带来的新商业机会 ............................................................................................... 16 4 切片保障的标准产业策略 ........................................................................................................... 17 5 结论 ............................................................................................................................................... 18 6 术语 ............................................................................................................................................... 19 7 参考文献 ....................................................................................................................................... 21 用户体验驱动的 5G 切片 SLA 保障白皮书

- 简介个人、组织和社会对信息交换和传输的需求日益增加，驱动着电信行业从 2G 时代的模拟电话、3G 时代的数字语音发展到 4G 时代的移动数据通信。在 5G 来临之际，数字化转型的趋势推动着信息通信技术和垂直行业运营技术的融合，并给各行业领域带来了更多的业务增长机会。这要求下一代网络架构从单纯的人与人之间的连接延伸到物与物之间的连接，从而使能工厂、电站、仓库、医院、体育馆和机场等多种场景中机器类设备的通信。随着网络连接和容量的大幅增加，给移动用户和行业客户提供网络即服务（Network as a Service，NaaS）的新需求也随之而来。这些用户对网络功能、业务灵活性、可扩展性、操作独立性和传输安全性方面有着定制化需求。在此背景下，5G 引入了网络切片（Network Slicing，NS），基于共享的物理基础设施为不同行业提供定制化和专用的网络服务。这改变了 4G 单一的网络模式，打造支持功能定制、安全与资源隔离以及拓扑优化的 5G 网络，从而满足特定目标、特定服务类别甚至特定客户的需求[1]。网络切片服务基于一系列切片服务提供商（例如运营商）和切片客户（例如采用切片承载流媒体的内容提供商）约定的服务条款，为 5G 用户，尤其是垂直行业的 5G 用户，提供高质量的切片服务。服务保障等级协议（Service Level Agreement，SLA）是针对所提供的服务类型约定的切片编排、服务区域/时间以及保障等级的服务条款，对网络切片的商业模式和定价方法有着深刻的影响[2]。图 1：网络切片现状用户体验驱动的 5G 切片 SLA 保障白皮书 UPFPCFSMFPCFSMFUPFAMFAMFNEFmIoT切片URLLC切片网络切片新建核心网UE运营商租户NFNFNFNFNFNFNFNFNF网络切片管控平台eMTCURLLC传输网接入网QoS配置业务QoS初始配置切片SLA/SLR分解

图 1 的网络切片整体框架显示，当前 5G 切片的服务管理研究主要集中在切片的创建和初始配置。为了使 5G 切片在整个生命周期发挥良好作用，我们需要进一步理解如何获取、实现和管理切片 SLA，以提供切片用户所需要的通信服务。本文提出了一套保障网络切片 SLA 的整体方案，作为切片服务运营的基础。在第二章中，我们从用户的角度解释了 SLA 的含义，并分析了为什么 4G 时代的 QoS 机制不足以给切片 SLA 提供足够的保障。针对这一问题，第三章中引入了一个闭环的 SLA 管理框架。该框架通过挖掘切片用户业务体验和网络参数的分析结果，端到端保障网络切片的服务交付。首先，3.2.1 节中提出了切片 SLA 保障中存在的突出问题，并分别在 3.2.2 和 3.2.3 节中给出了相应的解决方案。在第四章中我们讨论了切片 SLA 保障方案所带来的商业机会。第五章提供了相关的标准化进展和产业发展策略，并在最后一章给出了结论和建议。 1.切片 SLA/QoE 控制的总体挑战在本章中，我们首先从应用服务提供商（Application Service Provider，ASP）和切片租户的角度来理解切片 SLA 和切片体验质量（Quality of Experience，QoE）两个概念，并分析 4G 时代中以 QoS 方法来保障切片 SLA 所面临的主要挑战。 1.1 什么是切片 SLA/QoE 表 1 列出了目前 3GPP TS 28.541[5]规范中定义的切片服务保障等级要求（Service Level Requirement, SLR）。属性描述和允许值 sNSSAIList 指示待创建的新网络切片实例或者待重用的现有网络切片实例对应的 S-NSSAI 列表。 pLMNIdList 指示 PLMN 标识列表。用户体验驱动的 5G 切片 SLA 保障白皮书

maxNumberofUEs 指示网络切片实例中可同时访问的最大用户数。 coverageAreaTAList 指示网络切片实例的覆盖区域，即列表。 latency 指示报文在 5G 网络的无线接入网（Radio Access Network，RAN）、核心网（Core Network，CN）和传输网（Transmission Network，TN）传输的时延（毫秒级），用于评估端到端网络切片实例的利用率。 uEMobilityLevel 指示访问网络切片实例的 UE 的移动性等级。 resourceSharingLevel 指示待分配给该网络切片实例的资源是否可以共享给另一个或多个网络切片实例。表 1：租户的切片 SLA 要求切片 SLA 通常是由切片管理器基于网络切片的 KPI（如虚拟化资源利用率、网络及网络切片实例注册用户数、5G 网络端到端时延、网络及网络切片实例上行/下行吞吐量等）进行监控和评估。这意味着切片管理器本身就可以评估切片服务是否满足所约定的 SLA 要求。此外，当无法保证切片 SLA 要求时，切片管理器还需要定位问题是由切片的哪个子域（如核心网、无线接入网或者传输网）引起的。除了端到端的 SLA 保障，5G 网络控制面也要开发相应的功能进行更加动态的、更细粒度切片 QoE 级别的监控和管理。虽然对切片 QoE 具体的定义业界尚未达成明确的共识，但我们建议可以从对切片服务感受最直接的最终用户（即 ASP）的角度来切入。总体上说，ASP 依赖大量的 QoE 需求来衡量感知的服务质量，这些需求包括但不限于： ASP 的网络服务区域；用户体验驱动的 5G 切片 SLA 保障白皮书

每个业务的平均意见分（MOS）（即业务体验）；用户业务 MOS 满足度百分比，如 90%的用户达到或超过规定的业务 MOS 要求。为了获得平均的业务 MOS 和满足业务 MOS 的用户百分比，ASP 需要综合考虑单个用户业务 MOS 值与主要网络属性（如上传/下载容量、抖动、允许的最大时延、网络可用性和专用业务特征等）之间的关系，并设计相应的 MOS 业务模型。通常业务 MOS 是由一个或多个对用户体验影响最大的网络属性主导的，因此不同行业应用的业务 MOS 结构会存在显著区别。比如，从游戏开发者/发布者的角度来看，不同种类的游戏切片的的业务 MOS 设计也存在着明显差异。云游戏的用户体验与用户所占用的带宽密切相关，用户数据速率上的限制通常会导致业务 MOS 分大幅下降；多人游戏通常对时延更佳敏感。传输延迟越低，业务 MOS 分越高；除了低时延和高可靠性外，电子竞技在其业务 MOS 模型中需要重点考虑用户体验的一致性，以保证玩家之间的公平竞争。请注意 ASP 作为网络切片价值链中的应用提供方，他们最关心切片服务体验，因此应该能提供最准确地 QoE 评估。此外，在大多数实际情况下，ASP 也基于自己对业务逻辑的深刻理解，开发并广泛使用大量的的业务 MOS 度量工具和方法。我们认为上述 ASP 的 QoE 要求是切片用户的核心诉求，应作为切片 SLA 要求的参考基线。相应的，切片 QoE 要求和切片 QoE 统计（例如，平均业务 MOS）都是在切片 SLA 定义和管理中需要考虑的关键因素，应被纳入未来的 SLA 保障框架中。 1.2 5G 切片与服务质量（QoS）有一种观点认为，传统的 4G QoS 及其增强机制也可以满足 5G 用户的 QoE 要求，因此运营商不一定依赖 5G 切片技术来保障行业应用的用户体验。本节中，我们先回顾 4G 的 QoS 设计原理，并揭示其中一些基本设计局限会导致 4G 的 QoS 不能有效的为共存的切片业务分配网络资源，以及适应切片业务的动态变化，从而导致 5G 用户的 SLA 要求无法得到满足。用户体验驱动的 5G 切片 SLA 保障白皮书

首先，4G 业务流通过配置的业务优先级调度网络资源（比如无线资源），高优先级的业务流比低优先级的业务流拥有更多的网络资源调度机会，从而得到更多的保障。但是，业务优先级只是一个相对指标，4G QoS 设计原则是：即使在严重的传输拥塞的情况下，也不会阻止低优先级的 QoS 流占用资源。比如在 VoLTE 业务进行过程中，数据业务依然可以进行。换句话说，不同的 QoS 流之间共享无线资源，高优先级的流不能抢占低优先级的流的无线资源。因此，RAN 难以预留足够的无线资源来实现高等级切片业务所需的 QoE。其次，同一种通信业务在 4G 中会分配相同的业务优先级，进而调度同等数量的无线资源。但是，不同的切片租户对同一种通信业务的保障要求是有差异的，而 4G 机制却无法相应的区别对待。例如，一个普通的 5G 商户和一个高优先级的公共安全用户都部署了语音应用。在传统的 QoS 控制机制下，系统会为这两个语音应用分配相同的 5G QoS 指示符（5G QoS Identifier，5QI），平等对待这两个语音应用。这就忽视了提供给公共安全用户的业务应该得到更多的保障，尤其是在紧急情况和救灾场景中应急语音通信更应该作为最高优先级业务来处理。最后，业务优先级是在 QoS 流建立阶段分配的全局静态参数。在业务的整个生命周期中，QoS 优先级不会被修改，也不会根据服务的用户和流量的地理差异调整。在服务的用户、应用程序或底层无线/传输/核心网发生动态变化时，4G QoS 无法及时响应并进行 QoS 参数（比如业务优先级）调整，从而无法满足 ASP 的要求。基于以上分析，我们认为 4G QoS 远远不能满足 5G 用户对服务保障的需求，5G 切片的 SLA 管理需要一个全新的设计。 2 基于数据分析的切片 SLA 保障基于对切片业务中用户 QoE 和 SLA 关键价值的理解，为保障切片业务的端到端交付，本章提出了基于用户体验大数据分析的切片 SLA 保障架构。在这个框架中，ASP 生成准确的业务 MOS 值，连同业务 QoE 需求一起提供给运营商。运营商基于丰富的业务体验要求和评估数据，采用先进的人工智能（Artificial Intelligence，AI）和机器学习（Machine Learning，ML）技术来实现切片 SLA 的智能化保障。本文所提出的切片 SLA 保障方案包含两个基础框架，即业务 MOS 模型训练框架和切片 SLA 保障框架，分别在后面的小节中进行阐述。用户体验驱动的 5G 切片 SLA 保障白皮书

2.1 业务 MOS 模型训练框架图 2：业务 MOS 模型训练框架如图 2 所示，业务的 MOS 模型（Service MOS Model，SMM）可以通过 TS 23.501 [3] 和 TS 23.288 [4] 中定义的网络数据分析功能（Network Data Analytics Function，NWDAF）对 ASP 的某个特定业务进行训练得到。首先，NWDAF 作为 5G 系统主要的数据采集点，接收并存储来自 ASP 或切片租户的业务 MOS 数据，以及该业务对应的切片管理器和核心网提供的网络数据。其中切片管理器提供的操作、管理和维护（Operation, Administration and Maintenance，OAM）数据包括 UE 级别的最小化路测（Minimization of Drive Test， MDT）数据、网络功能（Network Function，NF）性能测量数据和网络级 KPI 数据。从 5G 核心网输入的数据可以是 QoS 流级别、UE 级别甚至是业务级别的非 OAM 数据。切片租户业务 MOS 值的引入可以辅助运营商直观、有效的监控切片运行质量，因此在切片管理/控制过程中起着至关重要的作用。理想情况下，垂直行业/第三方感知的业务 MOS 需要与运营商的 QoE 拟合分析结果高度一致，表明切片服务性能和运维成本之间达到了良好的平衡，从而实现切片服务提供商和用户之间的双赢。有了大量的业务 MOS 和网络数据，NWDAF 就能够利用先进的 AI/ML 算法对给定业务的 SMM 进行训练和建模。SMM 用以表征用户业务体验 MOS 值与切片网络中的 OAM 和 QoS 流数据之间的关系，使得运营商基于网络管理和控制数据拟合用户的业务体验，可视化的监测切片运行质量，辅助切片配置更新和控制管理。用户体验驱动的 5G 切片 SLA 保障白皮书 5G核心网切片管理器NWDAFAMF切片1切片2PCF/SMFPCF/SMF应用服务提供商业务MOS数据采集业务MOS建模QoS流数据OAM数据5G接入网

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