5G确定性网络架构产业白皮书 目录 序言 第一章 确定性网络产业动态 01 1. 5G行业方案走向商业落地，行业呼唤确定性网络体验 01 2. 5G确定性网络理念已深入人心，产业逐步落地 03 第二章 确定性网络框架 05 1. 3GPP确定性技术现状 05 2. 5G确定性网络架构 06 第三章 确定性网络关键技术 10 1. 网络切片 10 2. MEC 12 3. 5G对业务的感知与保障能力 13 4. 5G跨网络域协同保障 5. 实时精确度量 14 6. 5G与行业网络对接集成 第四章 总结与展望 15 引文及缩略词表 16 序言 为了推动5G解决方案更好的满足行业数字化转型的进展，5GDNA（5G Deterministic Networking Alliance）于2020年 发布了5G确定性网络产业白皮书。该白皮书在产业界率先提出了5G确定性网络（5GDN：5G Deterministic Networking） 的概念以及确定性网络特征模型，并探讨了如何基于3GPP的基础能力提供行业市场所需要的部分关键能力。 2020年5G大量项目开始落地。但随着5G行业项目的实际推进，出现了5G 确定性能力不足而导致业务需求降质和需 求抑制的挑战。为了更好的顺应产业发展，满足行业确定性网络体验需求，5GDNA特组织联盟成员单位在5G确定性网络 产业白皮书的基础上编写本白皮书。目的是以实现SLA需求端到端保障落地为目标，提出构建5G确定性网络架构，明确 确定性网络架构的关键技术内涵，达成5G确定性网络能力的三个特征维度（差异化网络、专属网络、自助网络）。其中，在 3GPP关键技术基础上提出了确定性技术改进建议，以提升网络的整体确定性能力。本白皮书在最后展望了确定性业务规模部 署的节奏，为行业客户规划5G确定性业务提供参考。 本次5G确定性网络架构产业白皮书主要分为四个部分： 第一章 5G行业市场产业动态 5GDN已成为行业业务刚需及产业共识。但当前的确定性网络面对实际行业需求时 存在不足，导致需求降质或需求抑制。 第二章确定性网络架构 针对3GPP网络面向确定性需求保障体系的不足提出了构建5G确定性网络架构，以实现 SLA需求端到端保障。包含了架构主要功能、指标体系改进、以及关键技术等。 第三章确定性网络关键技术 从落实和提升确定性网络能力的三个特征维度（差异化网络、专属网络、自助网络） 出发，介绍了切片、MEC、5G网络对业务的感知与协同、5G跨域协同调度保障、精确度量、5G与行业网络集成 等关键技术。 第四章总结与展望 结合3GPP规范发展、网络部署以及典型场景，展望了未来确定性网络规模商用节奏。 本白皮书主要参编单位（以下排名不分先后）：中国信息通信研究院、中国移动通信有限公司研究院、中国电信集团有 限公司、中国联合网络通信集团有限公司、华为技术有限公司 5G确定性网络架构产业白皮书 5GDNA产业联盟发布 01确定性网络产业动态 2020年初，5GDNA发布5G确定性网络产业白皮书 1 ，明确提出5G确定性网络业务理念是打造可预期、可规划、可 验证，有确定性能力的移动专网，提供差异化的业务体验。伴随着2020年5G大规模建设，5G也快速进入千行百业。5G确 定性网络理念已经被行业从普遍接受到形成共识。同时，对5G确定性网络架构体系和关键技术支撑也提出了新的诉求。 据5GDNA统计，2020年全球各类5G行业项目总数接近6000个，其中超过20个领先运营商发布了5G行业解决方案。 在中国，三大运营商当年新建5G 基站超60万个，开始MEC（Multi-access Edge Computing）边缘计算的下沉部署，端到端 网络切片解决方案也在逐步成熟。在完成5G网络初步建设的基础上，积极开展面向行业的5G试点，中国运营商和各行业客 户累计签署5G相关商业合同超过1000个。 在这些行业项目中，5G确定性网络能力已经成为刚需。这些能力主要包含时延确定性、带宽确定性等差异化网络能力， 以及安全隔离、自助管理等能力需求。5GDN正逐渐成为工业互联网、能源物联网、车联网的技术基础和产业升级发展的动力。 以工业互联网为代表的5G行业场景对于5G网络普遍存在确定性需求 5G确定性网络产业白皮书中首次定义了5G确定性网络能力的3D模型：差异化网络Differentiated、专属网络 Dedicated、自助网络DIY（Do-It-Yourself 自助）。 第一章 确定性网络产业动态 图表 1 5G确定性网络能力3D模型（源自5G 确定性网络产业白皮书） 1 5G行业方案走向商业落地，行业呼唤确定性网络体验 Differentiated 差异化网络 Dedicated 专属网络 DIY 自助网络 线上/ 线下购买 网络自定义 快速开通 自管理/ 自维护 网络自运营 02确定性网络产业动态 在上述3D模型中，除了垂直行业所特有的对专属网络的安全隔离能力需求，以及对网络的自运维自管理需求外，差异 化网络能力对于行业客户尤为重要： 1. 差异化网络的本质包括差异化体验与确定性的SLA保障； 2. 5G行业场景对KPI（Key Performance Index 关键性能指标）的要求更严苛：如传统音视频对时延的需求普遍在 100ms级别，而基于AR/VR的交互式应用（如辅助装配）则要求时延低于20ms，且需要满足99%以上传输可靠 性。工业控制场景对时延的要求可能低至1ms； 3. 5G行业场景对于确定性指标异常的容忍度更低。普通消费者对于网络的延迟、卡顿、花屏等不稳定体验具有较强 的 适应性。一般而言，消费者在经历偶然的业务体验恶化之后，如果体验快速恢复，注意力很快就会转移。而行 业应用所需的确定性能力不足，则会直接导致生产效率受到影响。如工厂自动化控制中，应用与网络KPI指标深度 耦合，应用的运行依赖于预设的网络通信服务能力。网络的时延异常抖动、超时丢包等不确定性将被行业应用记录， 并会导致系统工作异常，或者触发对应的业务系统保护机制，如降速保护乃至停机。这些会非常直观的影响SLA （Service Level Agreement 服务等级协议）的达成； 4. 确定性网络体验KPI指标高：需要强调的是，确定性网络并非等同于KPI指标的数值要求更高。其更多的强调是 指标数据的稳定、可靠，如稳定的低时延、稳定的上行带宽，从而商业上实现SLA可承诺、可测量、可保障的服务。 正如中国工程院院士、通信与信息系统专家刘韵洁表示，“尽力而为”的传统网络架构逐渐僵化，难以支撑实体经济等 新互联网业态对网络的多样化需求，亟需引入“说到做到”的差异性SLA和可承诺的确定性网络。 通过5GDNA对于5G工业园区场景需求调研分析，行业项目对于确定性网络体验的需求如下： 图表 2工业园区对于5G确定性网络需求统计（源自5GDNA 工业互联网小组调研） 差异化专属性自助性 工业园区各场景SLA/QoS 需求差异明显 工业园区各场景SLA/QoS 需求差异不明显 仅提供监控能力即可 监控及简单的管理，如黑白名单 监控及各种灵活的管理能力 园区专网与 运营商网络之间 园区网络各 应用领域之间 29% 62% 26% 16% 53% 31% 71% 38% 74% 虚拟隔离 物理隔离 03确定性网络产业动态 现有5G网络无法完全满足确定性需求，导致需求降质或需求抑制： 行业对于确定性能力有刚需，而现有5G网络能力还存在差距，无法完全满足行业的确定性需求。导致行业应用被动 降低处理性能或抑制部分需求以适应5G网络当前能力。 1、 需求降质 以电网项目为例，2018年以来随着南方电网、国家电网等5G+智能电网试点示范项目的推进，基于5G无线接入的配 网差动保护试点验证开始提上日程。5G原生的超大带宽、超低时延超高可靠性以及海量接入特性，结合5G特有的网络切 片、MEC边缘计算等差异化解决方案，为点多面广、全程全域覆盖的配变用电网提供了泛在、灵活、安全、可靠、低成本 的通信解决方案，可以更好的匹配电网行业数字化需求。在当前的实践中，配电自动化DTU（Distribution Terminal Unit 配电终端）上内置的分布式处理软件为了适配5G无线接入网络时延不确定性，采用了加大消息包接收缓存区等方式进行 容错处理。本质上，以牺牲业务处理性能、增加终端成本为代价，降低对5G网络时延抖动的敏感度和依赖性。 2、 需求抑制 以自动生产线PLC（Programmable Logic Controller可编程逻辑控制）控制为例，在提升产线柔性的驱动力下，存在 PLC走向集中化以及有线通信网络无线化的需求。但5G当前确定性能力不足，导致5G无法切入工业自动化核心流程。工 业园区业务按照不同业务场景的不同SLA保障需求，可以划分为工业自动化控制（典型场景如工业PLC控制）、生产辅助 （典型场景如AGV智慧物流）、外围非生产（典型场景如安防监控、企业办公等）三大类型业务2。而自动生产线PLC控 制要求超低时延与高可靠性（往往要求网络KPI时延=5ms，且包传输可靠性大于99.999%），现有5G网络无法满足要 求。因此目前所有5G+工业互联网的试点仍然以生产辅助和外围非生产类业务为主，仍无法触及核心工业自动化控制业务。 正是基于上述产业实践所暴露出来的行业痛点，运营商、设备商和行业客户越来越认识到5G确定性网络的重要性和必要 性。2020年5G确定性网络的理念得到越来越多的行业专家和产业伙伴认同，并逐渐成为产业共识。 在工业制造、电力能源、运输与港口、采矿采石、媒体娱乐等行业中，行业客户携手运营商开始积极探索和试点5G确定 性网络。以5GDNA案例为例，自2018年以来，国家电网、南方电网、海尔、宁波港等行业客户联合中国移动、中国电信、 中国联通等运营商，以及华为、振华重工、博乐信息等解决方案提供商公司，从顶层设计、国际标准、关键技术、现网试点到 业务运营，开展了一系列卓有成效的基于5G确定性技术的创新探索与应用合作，全面实现技术和业务的双领先。 2 5G确定性网络理念已深入人心，产业逐步落地 04确定性网络产业动态 “未来网络需要具备高度确定性。一方面，确定性网络是未来网络体系 架构中支撑业务确定性可控需求的重要基础；另一方面，确定性网络是实现 空、天、地一体化组网，实现空间网络切片、路径、带宽、时延控制，支撑 全时空、万物互联、泛在接入的关键突破技术，是解决现有IP网络服务质 量无保障问题的核心所在.” 3 中国工程院院士,紫金山实验室主任 刘韵洁院士 “5G确定性网络是CT与OT融合发展的必然方向。实现5G确定性网 络不是一蹴而就的，而要经过一个长期的技术探索过程。可以首先基于网络 切片的独享网络资源、基于边缘网络的本地处理，在一定程度上构建局域轻 载的5G网络以承载部分确定性业务。为了实现真正的5G确定性网络，需 要从硬件、协议与无线网络等几方面进行增强，从根本上改变资源调度、业 务流控制的机制。” 3 中国移动研究院网络与IT研究所副所长 陆璐 “行业应用对网络的带宽、时延都带来了确定性的需求。除了2B，2C新 的应用如5G+AR也会带来确定性网络的需求。网络架构部署需要提供满足 这些业务需求的确定性能力，将业务快速推向市场，改变应用和习惯。” 3 中国联通集团核心网首席架构师 王常玲 “智能制造是制造强国战略的主攻方向, 随着企业数字化转型以及智能 制造的推进,无线通信的需求场景会越来越多, 5G确定性网络正是满足未来 无线通信需求的核心技术。” 2 中国工程院院士, 中国机械工程学会理事长 李培根院士 05确定性网络框架 为解决以太网带来的时延、抖动与丢包的不确定性，IEEE 在2012年成立TSN（Time Sensitive Networking时间敏感网络） 任务组，在以太网上支持确定性时延。IETF在2015 成立DetNet 工作组，其目标在于实现广域网范围内的三层确定性传输。 3GPP R15伊始就逐步在5G标准中定义一系列技术功能以满足业务确定性通信诉求。在空口、核心网、组网与集成、SLA 保障架构方面各个方面做了许多增强。 首先，3GPP R15 开始定义URLLC（Ultra Reliable Low Latency Communications 超可靠低延迟通信）并在R16增强商用部 署能力。通过URLLC技术的改进，可有效在无线接入及核心网领域缩短业务时延，提升可靠性。 其次，3GPP在5G定义了网络切片，并与ETSI协同支持MEC（Multi-access Edge Computing）。网络切片特性通过资 源隔离，降低不同业务并存时的相互干扰，以保障差异化SLA。网络切片与MEC相结合的方案，一方面能复用运营商网络 以降低成本、快速建网，一方面在靠近行业用户侧部署MEC就近提供服务，以降低时延和传输成本并提升企业数据安全保 护能力。 第二章 确定性网络框架 1 3GPP确定性技术现状 图表 3 3GPP确定性相关技术进展 URLLC enhanced Network Slicing enhanced TSN / IIOT enhanced 5G-LAN QoS Monitoring MEC enhanced NPN enhanced R15 R17R16 Differentiated （差异化） Dedicated （专属性） DIY （自助性） 06确定性网络框架 图表 4 确定性网络主要功能 从当前已有的网络能力来看，5G网络切片构建了对于SLA保障的基础框架。包含了从需求输入到切片部署的管理动作， 并能协同网络各域，拉通实现端到端网络切片，同时具备SLA指标可视。在各网络领域，则采用URLLC、MEC、TSN集成等 技术以提升确定性能力。上述多种手段，可以为行业业务提供基础的SLA保障。 针对上述产业矛盾以及技术不足，3GPP 5G需要集成各类确定性技术，构筑确定性网络架构。该架构需要能端到端全流程 保障SLA可保障可承诺。该架构应能支撑确定性网络的独立部署，不依赖于外在的确定性网络环境。同时该架构包含各网络域 的确定性技术，并能通过协同调度，提升系统整体确定性能力。真正支撑SLA/KPI可承诺可保障。 从端到端保障SLA/KPI功能来看，确定性网络功能大致分为如下四个部分，并形成闭环优化。 在确定性组网与集成方案上，3GPP R16开始研究5G与现有工业网络IIoT（Industrial Internet of Things） 的结合，定义了 5G与行业客户现有TSN网络集成对接的能力。同时R16中定义了5G LAN功能，用于5G直接支持行业客户现有的以太二层 组网，无需二层和三层协议间转换的开销。 与此同时，随着5G不断深入各个场景，当前的确定性体验保障能力仍然存在不足，需要进一步提升。 1、 缺乏整体确定性网络架构：为实现确定性需求可保障，需要定义一个5G确定性网络架构，且能进行独立部署。 当前的技术从不同维度增强了确定性能力，但缺乏一个完整的架构，以实现SLA/KPI的确定性端到端保障。此外， R16定义了5G与工业网络既有TSN网络对接的架构，但是需要依赖外部TSN环境才能工作，无法独立工作。 2、 应用的确定性需求不能充分在网络进行映射落地。 当前5G网络的SLA和KPI对于确定性属性体现不足，导致行业客户和通信服务提供者之间指标理解对齐难度大。网 络无法准确承载行业确定性业务需求。 3、 缺乏系统性设计来提升确定性能力。 当前仅依赖RAN（Radio Access Network无线接入网）、CN（Core Network核心网）、TN（Transport Network传输 网）各域的确定性能力独立的发展。网络各域之间的协同不足，整个网络与终端应用之间的协同不足。 4、 KPI数据采集与统计不够精细，不足以呈现确定性的实现结果，无法支撑准确发现问题和调优保障。 2 5G确定性网络架构 设计与部署 度量与分析 调度 07确定性网络框架 基于当前5G架构，结合无线接入网、核心网、传输网现有技术，确定性网络架构可以划分为确定性服务管理、确定性 网络能力调度与控制中心、保障与度量三个层面。 确定性服务管理功能 当前，切片技术越来越得到行业的认可并在行业实践中逐渐得到应用。运营商正在基于切片架构的CSMF （Communication Service Management Function）、NSMF（Network Slice Management Function）完善运营管理和部署 能力。从企业DIY自助服务角度来看，行业客户可以使用运营商所提供的基于CSMF、NSMF构建的对外能力服务平台， 也可以基于运营商提供的能力单独开发构建专有的自助服务平台。这些管理体系可供运营商或者行业客户输入业务需求、 管理切片/5G LAN（Local Access Network局域网）/MEC等技术、并提供指标可视与告警监测等功能。 从确定性网络架构来看，提供顶层确定性服务的设计与部署能力必不可少。针对行业客户业务的通信特征和SLA要求 进行输入和定义，并从该需求映射到各网络子域预先定义的确定性相关的KPI与能力。通过生命周期管理相关动作，将相 关确定性服务下发到网络各域并进行统一的管理。此外，为了高效的实现上述SLA需求的预先评估，还应该考虑提供实时 仿真和预测能力。降低产业落地难度和成本。 图表 5 确定性网络架构简图 确定性服务管理功能 确定性能力建模预估与仿真生命周期管理 确定性网络调度与控制中心 应用协同 RAN 保障感知测量 TN 保障感知测量 CN 保障感知测量 统筹协同优化实时KPI监控 保障与度量 确定性SLA/KPI转换 确定性服务生命周期管理 确定性能力建模 SLA/KPI 仿真、预测 网络应用双向协同 网络各域统筹协同调度增强确 定性能力 SLA/KPI实时评估 包级数据采集度量 接受调度与控制中心深度协同 调度，提升确定性保障 A P P 网络应用 双向协同 08确定性网络框架 从实际部署和实现来看，确定性服务的管理功能可基于切片的管理网元增强实现。一方面是因为网络切片特性已经成 为确定性网络的基础特性。行业专网（例如采用运营商的公网专用模式）的各应用之间，大部分具备差异化体验需求，离 不开切片特性进行隔离，保障高优先级业务SLA。另一方面3GPP已经定义切片管理框架，包括面向业务入口的CSMF、负 责跨域切片生命周期管理和设计的NSMF，以及RAN/CN各子域负责切片管理和设计的管理功能NSSMF (Network Slice Subnet Management Function)。这些可以作为确定性网络架构所需要的端到端跨域管理能力的实现基础。另外，可复用 正在形成的终端切片生态能力，避免重新构建终端生态难度。因此在确定性网络架构下，运营商和行业客户可以继续重用 现有管理体系，并进行部分增强以支持确定性网络架构的建设。 实现确定性需求在网络系统上的有效承载 3GPP定义了运营商收到切片租户SLA指标需求后，逐步映射细化到网络各子域的过程、模板。包含了网络切片的 SLA要求、以及到网络各域的分解。例如在切片架构中，对于业务需求的描述已经包含了诸多信息，如时延、带宽、最大 并发连接、通信服务可用性、切片可支持的上下行速率、UE可支持的上下行速率、切片级的最大数据包大小、切片级最 大并发会话数、用户密度、同时活跃UE比例、UE移动性、传输抖动、包传输可靠性、业务生存时间（Survival time）、最 大上下行数据量等。这些需求，会被映射分解到各网络子域。因此，确定性需求的准确表达，以及到网络的分解映射机制， 可以依托3GPP标准组织继续完成。 各网络子域内部，基于上述要求输入，以网络KPI承载实现SLA需求。 但是从现有的规范进展来看，上述体系仍需要适当增强，以便网络更好的落实确定性需求。 1. 确定性通信场景下，业务侧需要网络保障其所提供服务的可用性（Service Availability）。但当前规范仅定义了传 输/时延有关的可用性SLA指标与网络的KPI。而可用性对于带宽、定位等能力也很重要，因此也需要增加相关的 SLA和KPI定义。如，当前3GPP定义了指标CSA（Communication Service Availability 通信服务可用性），描述应 用对于网络通信服务满足指定时延的可用性指标，该SLA通过网络侧的包传输可靠性KPI指标（Reliability）承载； 2. 行业业务需求决定了不同的度量周期。如工业自动化控制业务的控制周期可能从百毫秒级到小于1ms。因此网络 KPI也需要能包含体现这种统计周期的变化； 3. 需要新增部分确定性指标。基于基准时延的不早不晚的送达能力是典型的确定性能力（如移动机器人协同驾驶类场 景要求时延10ms，上下偏差分别不超过 25%）。因此，建议3GPP增加KPI指标以描述此类时延抖动需求。 09确定性网络框架 确定性网络调度与控制中心：深入感知应用，协同调度RAN/CN/TN/应用 如前所述，URLLC、切片、MEC、TSN集成等技术都在持续提升确定性网络能力。在此基础上，确定性网络架构构建 集中的确定性能力调度控制功能。通过增强应用感知，利用现有确定性技术，跨域协同RAN/CN/TN/应用，最大化提升整 体网络确定性能力。 完善感知业务，丰富调度手段 调度与控制中心可感知多业务流，从而构建多数据流关联的感知能力。基于这些业务感知能力，使得流级、业务内 流间调度、业务级调度成为可能。不仅支持周期性业务，也能支持非周期事件性业务的连续感知。 协同RAN/CN/TN/应用，突破单域技术边界，改进网络整体确定性能力 确定性技术实现涉及到无线接入网、核心网、传输网、应用等多个环节。各网络子域之间是基于管理面的需求分 解，分别采用本域技术来保障确定性。当前并无技术上的深入协同。 空口容易受到干扰，可靠性与时延容易发生矛盾。确定性能力调度控制中心可以通过对于业务特征和重要性的感 知，按需与终端建立多连接，突破无线单连接的可靠性限制，更好提升数据传输可靠性。在可靠性、时延上取得更 好的结果。 确定性能力调度控制中心可协同应用与网络，提升整体确定性。通过感知业务的发送特征，可以实现应用数据发包 与网络的同步，从而提升网络（如RAN和CN）调度效率，降低无效的调度等待。即便在复杂场景下，网络存在瓶 颈，也可以通过实现反向调度与同步机制，调度应用数据发包，以实现与网络的双向同步。该方法不仅可以提升稳定 低时延，还可以改进并发的带宽瓶颈。 保障与度量 在确定性网络架构中，保障与度量领域的RAN、CN和TN一方面通过确定性网络能力调度与控制中心的跨域协同调 度提升整体确定性能力，一方面实现KPI数据采集度量，以实现确定性网络对于KPI的精确监控与SLA评估。 当前，5G网络具备对于KPI监控统计能力。但是当前的KPI数据基于统计周期平均值，难以匹配高确定性应用低至毫 秒级别的发包周期。因此，为了支撑真正的KPI精确可视、SLA准确评估、及高效问题定位与优化，确定性网络架构应可 实现对于时延、带宽、抖动有关的KPI指标的精确度量。度量数据在调度与控制中心进行近实时分析，帮助调度与控制中 心改善调度，进行SLA保障优化闭环。管理面也可以基于度量结果优化资源分配、生成告警等。 10确定性网络关键技术 第三章 确定性网络关键技术 如前所述，确定性网络架构的管理功能可基于网络切片的管理架构增强实现。不仅如此，网络切片自身也是确定性网 络架构中一个确定性技术，而且是面向客户的基础必备的特性。特定业务使用特定切片，而切片则对应一系列确定性技术 和功能的组合与配置，以保障SLA。切片间则保障各独立业务之间的资源隔离与安全保障，例如：园区内个人业务接入公 众网络，行业应用数据不出园区、信令不出园区、企业应用受控访问。 端到端网络切片由UE、RAN、CN、TN共同组成。为了实现不同程度的业务隔离，RAN、CN、TN各领域均提供多种 切片隔离技术，可根据不同场景的隔离要求以及成本进行选择。网络切片也提供了多种针对用户的数据访问保护。 在确定网络架构中具备多种确定性网络技术，实现5G确定性网络产业白皮书定义的5G确定性网络的3D业务特征 （差异化网络、专属网络、自助网络）。本章主要从行业客户可按需选择，以及确定性网络架构跨域协同的角度，介绍相关确定 性关键技术。本章节介绍的技术既涉及当前3GPP进展，也包含对3GPP增强的技术建议。 1网络切片 RAN资源 隔离技术 无线接入网切片隔离方案分为QoS优先级调度、RB（Radio Block无线块）资源预留、载波隔离 和物理设备资源隔离等几个等级。隔离度依次增强，但相应的成本也逐级上升。 QoS优先级调度，基于RB资源共享，由RAN设备实现按业务的优先级调度。但是在网络拥塞时 不能保障高优先业务的SLA。 RB资源预留分为动态共享和静态预留，差别在于所预留资源在空闲时是否可以被其他业务利用。 载波隔离支持在不同的网络切片中使用不同的载波小区，成本也相应提升。最彻底的RAN隔离是 物理设备隔离。为单个行业客户，或者重点业务，单独建设RAN物理设备。该种方式，达到最大 的隔离度，但是建设和维护成本最高。 11确定性网络关键技术 核心网资源 隔离技术 当前5G核心网均基于网络功能虚拟化NFV（Network Function Virtualisation）技术，使其天然 具备了灵活多样的隔离能力。 首先，核心网5GC包含若干网络功能，整体上可按需选择不同隔离策略。包括：全共享，即所有 业务共享所有网络功能，仅通过切片进行隔离；部分共享，即部分网络功能基于共享隔离，部分 网络功能（如网关）独立建设；以及全部网元独立建设，不共享任何资源。 针对单个网元内不同业务的隔离，可以采取不同的主机组隔离，也可以共享主机组而采用虚拟 资源以及服务隔离。前者隔离度高，但是硬件相对专用，成本高。后者采用在VNF（Virtualised Network Function虚拟网络功能）内部逻辑隔离，资源使用效率提升。 传输网资源 隔离技术 移动传输网络的隔离技术同样可以分为虚拟隔离与物理硬隔离。虚拟隔离指采用VPN（Virtual Private Network虚拟专用网）+QoS实现多个业务在一个物理基础网络上的相互隔离。硬隔离 一般采用FlexE（Flexible Ethernet）/MTN（Metro Transport Network城域传送网）接口隔离或 MTN交叉隔离两种技术。 FlexE/MTN接口隔离通过时隙调度技术，将物理端口划分为多个隔离的刚性管道。即使在重载硬 塞下的调度，也会有更稳定的时延。 网络切片对 业务访问的 安全保护 由于网络切片为不同业务提供了不同程度的隔离保护，因此也一定程度上提供了业务的安全保 护。结合3GPP R15的DNN（Data Network Name数据网络名称）认证功能，R16提供的CAG （Closed Access Group封闭接入组）功能和切片二次认证，可以实现特定用户访问特定切片，以 及在切片内特定用户访问特定业务的安全保护。 12确定性网络关键技术 MEC的主要功能是通过就近部署的UPF（User Plane Function用户面功能）提供本地增强的联接能力，降低时延，并 提供计算平台承载行业应用。 在确定性网络架构中，MEC可进一步发挥更大的作用。凭借独特的网络位置，以及与应用的紧密关系，MEC 在确定 性网络架构下，能更好的实现应用感知、跨域协同调度。 2 MEC 本地计算增强确定性 MEC可以部署行业客户的应用，为企业提供独有的DNN。应用的部署位置最靠近分流的位置，既能 简化设备和网络的部署安装，也能减少分流点到应用的路径迂回。MEC和调度与控制中心协同实现 对于MEC上行业应用的感知，并进行调度与控制优化。 灵活的分流能力 MEC通过灵活的分流能力，可以减少移动用户访问业务的数据流的迂回。从而显著缩小时延，并实 现数据流的安全保护。在大带宽的业务场景，MEC可缩短传输路径，既能降低传输成本，还能减少 抖动和拥塞的发生概率，提升带宽确定性能力。MEC的灵活分流能力，可以根据用户当前的位置信 息、用户的属性、用户使用的业务、目标DNN等多种方式分流。比如，允许企业用户访问公网以使 用互联网业务的同时，其访问企业内部应用的数据流可以直接通过园区部署的MEC本地闭环。 按需部署MEC，增强MEC可用性 行业客户可灵活选择MEC的部署位置。取决于数据流保护、时延要求和成本等考虑。地市级别的 部署位置，机房条件好，容量大，共享成本相对较低。可提供针对大网用户的业务，高清视频、VR （Virtual Reality虚拟现实）视频、广域行业应用，以及对时延和数据保护可接受的园区业务。园区级 别部署的MEC，兼顾数据不出园区和业务时延、大数据量传输节省的诉求，比如：园区监控，工业 视觉检测、工业控制、以及针对场馆的应用，如赛事直播、应急通信等。 许多业务场景下，对于网络可用性有更高的要求。如煤矿的井下工作场景，存在大网连接中断，导致 与位于大网的控制面连接中断的情况，会导致MEC业务受到影响。此时，需要增强MEC应对该种情 况时保持继续工作的弹性。 13确定性网络关键技术 为了提升确定性网络能力，5G必须建立对应用的感知能力。当前的网络中，对于应用的感知能力，则主要依靠的是核 心网网关具备一定的应用业务流/协议的感知能力，例如基于此判断用户使用的业务类型，实现定向流量套餐优惠等服务。 但是，该机制对于高确定性业务特征的感知精度不足，且在时效上无法支撑网络调度需求。 R17正在规划5G直接与应用之间建立周期性业务的感知接口。行业应用通过该接口将业务周期、突发数据量、业务 流预期发送时间等通知5G。基于此，针对确定性业务的特征感知，5G可提升调度效率，降低调度等待带来的时延开销。 实际的行业场景中，单个网络往往会支持多个业务流，如多个周期性的工业自动控制业务流。多业务流并存时，时隙 调度的冲突情况更加复杂。为实现更灵活的调度能力，应对复杂的调度情况。需要在应用感知、网络与应用的协同调度上 进一步改进。 首先应进一步增强网络与应用或终端之间的感知机制。增强实现多个数据流之间的关联关系感知，从而实现业务级别 的感知。基于此，为业务内的流调度、业务颗粒级调度等灵活调度策略提供基础。从行业需求看，无论是媒体类业务，还 是行业应用均可能产生相关性很强的多个数据流。如直播中（特别是VR直播）的多摄像机之间的强时间同步关系；远程 操控龙门吊时的视频流与控制流之间的关系。此外，非周期的业务流，如AR（Augmented Reality增强现实）辅助装配， 也需要在未来的规范中能实现感知。 基于增强的感知能力，网络与应用之间的协同可进一步增强。从单向的网络适配应用，增强为网络与应用双向协同。 5G基于周期性业务的业务特征以及对于网络时延的掌握，计算出数据包到达RAN和UPF的时间，将该信息预先通知给 RAN和UPF，以便RAN及UPF做好预调度。这是网络单向适配应用的过程。为减少多业务流带来的网络拥塞等瓶颈，可 以增强实现网络对于应用的反向调度与同步机制。确定性网络调度与控制中心按需调度指定业务流的数据发包时机，避开 网络瓶颈。从而实现与网络的双向同步。 该方法不仅可以提升多业务流并存下时延的稳定性，还可以通过调度改进大上行并发瓶颈。 3 5G对业务的感知与保障能力 对于SLA的确定性保障，RAN、CN、TN各单领域都在提升保障能力，例如RAN采用PDCP（Packet Data Convergence Protocol分组数据汇聚层协议）重复增强空口可靠性、核心网通过队列调度降低业务时延。但行业SLA必须 得到端到端的保障，各领域需要进行跨域协同保障。尤其行业现场网络场景复杂，网络存在各种突发状况，对传输时延与 可靠性挑战大。因此更需要无线接入网与核心网共同加强保障。例如，无线接入网的特征导致其传输可靠性容易受到周围 环境的影响，如信号的多路径、遮挡物移动、信号干扰等。同时保障空口传输的稳定性与低时延是最典型的确定性需求。 在5GDNA的项目实践中，探索出了基于多连接改进数据传输确定性的思路。对于网络环境挑战较大的场景，确定性 网络调度与控制中心可以基于对业务特征和重要性的感知，在核心网与终端设备之间构建双联接的传输机制，并动态管理。 实践证明双联接相对单联接可大幅提升包传输可靠性，因此降低对于空口的可靠性要求，减少空口重新传输的次数，也间 接的降低传输的时延。 4 5G跨网络域协同保障 14确定性网络关键技术 由于工业自动化控制类业务中的数据发送周期，往往需要毫秒级甚至更小。因此需要网络侧基于更小的周期进行数据 统计。 R16定义了5G网络的时延KPI统计QoS Monitoring机制。该机制中，核心网分别获取核心网UPF到RAN时延，以 及RAN到UE（User Equipment用户设备）的时延，进行组合得到核心网到UE的时延。但基于R16的QoS Monitoring 上报数据采用的是多个数据包时延平均值，无法体现突发的业务异常，难以满足高确定性工业应用毫秒级别的工作周期。 因此，为了支撑真正的SLA精确可视及高效问题定位，建议对QoS Monitoring机制进行一定的增强。RAN侧需要实 现精确的时延度量，支撑ms级业务发包的时延统计。 5实时精确度量 在未来5G进入行业应用，特别是工业网络仍是一个逐渐的过程。如何与现有的工业网络做好兼容、对接集成是关键 问题。 首先，本白皮书建议基于3GPP建立5G确定性网络架构，独立支持工业组网。但如果工业网络已经部署TSN，则也 可基于R16架构实现5G与TSN网络的集成。并在未来可持续增加对于其他类型的存量工业网络的对接。 其次，工业网络大量使用了二层网络组网，为了便于二层工业网络的设备实现5G接入和互联，3GPP R16定义了5G LAN。基于5G LAN，避免5G化过程中额外采购设备进行L3到L2协议的转换，避免了由此带来的时延，以及组网复杂和 故障点。 除了用于工业设备互联，5G LAN也可以用于园区网络等。此时，如果涉及到较远距离跨度的多个终端之间组成LAN， 需要解决多个SMF之间协同支持5G LAN。 6 5G与行业网络对接集成 15总结与展望 5G确定性网络能力是5G网络持续演进的方向。本白皮书希望能完善确定性网络架构，并基于此不断增强确定性网络能 力，支持更多的业务场景。 5GDNA联盟作为3GPP的MRP成员，本白皮书也是对于3GPP标准发展的需求参考。 展望未来，确定性网络能力的提升与实际部署仍然任重而道远。基于典型应用场景SLA需求以及通信覆盖建设进度预估， 结合3GPP规范与发展期望，总结出如下5G确定性网络规模商用的三个阶段，供行业客户参考。 第四章 总结与展望 Phase 1: 现在 局域5G 准确定性网络 IT 与通信服务、智能电网配变电应 用、工业生产辅助和外围非生产类 应用 定位精度: 米级 带宽: 上行50Mbps 时延&可靠性: 20ms99.9% 局域5G 确定性网络 差动保护等分布式智能电网配变电应 用、更加严苛的生产辅助类应用、少 量工业自动化控制 定位精度: 厘米级 带宽:上行500M1Gbps 时延& 可靠性: 5ms99.999% 广域确定性网络 深入工业自动化控制核心流程、 与OT深度集成、V2X应用 周期确定性通信 确定性超低时延5ms，超高可靠性: 99.9999% 时钟同步精度: us Phase 2: 5G 演进 Phase 3: Beyond 5G/6G 图表 6 5G确定性网络产业规模商用节奏 部署 典型场景 典型网络 能力 16引文及缩略词表 引文 15G确定性网络产业白皮书，5GDNA 联合信通院、中国移动、中国联通、中国电信等2020年2月发布 25G确定性网络+工业互联网融合白皮书，5GDNA联合紫金山实验室、广东省工业互联网产业联盟、机器视觉产业联 盟、中国通信工业协会等2020年11月发布 35G确定性网络产业