网络切片分级白皮书.pdf

2020年3月网络切片分级白皮书目 录引 言分级原则及架构分级方案3.1 5G网络切片隔离能力3.2 5G网络切片安全能力3.3 运营运维模式3.1.1 无线切片隔离方案3.1.2 传输切片隔离方案3.1.3 核心网切片隔离方案4.1 公众网切片用例4.2 行业网切片用例4.1.1 公众网切片场景及需求4.1.2 云游戏网络切片组网4.2.1 行业网切片场景和需求4.2.2 超高清直播回传切片组网方案4.3 行业网（特需行业）切片用例4.3.1 特需行业切片场景和需求4.3.2 电网切片组网方案123典型用例分级建议4成本分析5产业应用建议6总结及展望7附录85G不仅是无线技术的一次升级换代，更将带来网络服务架构的变革。“网络切片”是5G区别于4G的标志性技术之一，通过逻辑“专网”服务垂直行业，是运营商拓展行业客户、催生新型业务、提高网络价值的有力抓手。目前，电力、媒体、银行、工厂和交通等很多行业伙伴已经对网络切片技术表现出极大的热情，希望借此培育创新业务、实现产业升级。当前网络切片技术在R15版本中（3GPP是制定5G标准的主要标准开发组织，并于2019年6月冻结了其首个支持切片的版本，即Rel-15版本。）已经初步实现网络切片的基本功能和基本流程的定义，为第一波5G部署和网络切片业务商用奠定了坚实的基础。但切片作为一个按需定制的端到端的逻辑网络涉及到无线、传输、核心网和管理域，如果完全按照各个领域的能力进行排列组合将会形成非常多的选择。在商用初期，如何能让行业更清晰的认识切片的能力并能最优匹配到大部分的行业应用是一个亟需解决的问题。本文聚焦于5G网络切片的分级，基于当前标准定义、产业在商用初期产品实现上的进展以及结合垂直行业需求经验给出当前5G端到端网络切片的5个能力等级；详细分析包括无线、传输、核心网的具体实现的不同能力等级以及安全、运营能力等影响切片分级的重要因素；基于上述的给出的能力及切片等级进行成本分析，给出不同级别切片的商业价格参考；根据几个典型垂直行业应用场景归纳垂直行业对5G网络及切片的需求并进行切片级别匹配，为行业应用提供定制化服务参考；最后，总结5G网络切片在产业的成熟度并展望未来应用趋势。总之，5G网络切片分级的划定，对垂直行业能够选择到更合适的切片网络具有重大参考意义。网络切片分级是垂直行业引入网络切片的前提，只有对网络切片所能提供的能力更加了解，才能更好的推动切片技术在各行各业的应用和推广，为垂直行业打造更加适配的逻辑“专网”和服务。引言1不同于传统的4G网络“一条管道、尽力而为”形式，5G网络切片旨在基于统一基础设施和统一的网络提供多种端到端逻辑“专用网络”，最优适配行业用户的各种业务需求。从性能指标、功能差异、对网络的需求、运维模式等方面分析后，可以将用户对5G需求归纳为2大类：1. 公众网用户需求：全面继承4G时为个人提供的业务，保证一致甚至更好的用户体验。2. 行业网用户需求：1）普通行业需求：面向普通行业用户，存在一定的隔离、业务质量保障需求，在连接管理等方面有定制化差异。2）特需行业需求：面向电网、党政军等具有高度隔离、或者高业务质量保障等特殊需求的用户，安全等级要求极高。5G公众网与行业网既有共享，又有区隔。公众网与行业网共享核心网硬件资源池、传输资源、无线资源，充分发挥网络规模效应；此外，公众网与行业网用户层面可以分别采用物联网码号和公众网码号进行隔离，又可独立网元、独立资源、独立基站等，提供多样的灵活架构和配置方式。总之，为应对上述两大类5G网络切片需求，综合考虑隔离性以及部署运营要求，5G网络切片分为公众网切片、行业网切片两个相对独立的网络。本文针对性的推出不同能力的多等级切片解决5G用户的差异化需求。2. 分级原则及架构核心网传输网无线网终端公众网 行业网行业(普通、VIP) 行业(特需)UDMPCF NSSFAMF SMF NRFUDMPCF NSSFAMF SMF NRFUDMPCF NSSFAMF SMF NRF大网（公网专用） 大网（公网专用）定制建网定制建网UPFUPFUPF图 1 行业网和公众网组网方式根据网络现有能力，在不同切片等级内组合无线、传输、核心网和安全及运营等能力，匹配网络最有可能的部署策略，总共形成5种切片能力等级满足5G三大类需求。能力分级示意图如下图所示： 网络切片分级说明如下表所示：表1 网络切片分级切片等级网络类型 等级划分资源定制 业务体验资源隔离定义安全运营运维定制化服务L0L1L2L3L4公众网行业网普通VIP普通特需VIP基于5G公众网基础设施构建，无特殊需求基于5G公众网基础设施构建，叠加定制化需求基于5G行业网基础设施构建，提供增值服务基于5G行业网基础设施构建，提供部分资源独占及高级服务基于5G行业专网设施构建，提供全部资源独占能力及可靠性服务。完全共享 基本安全 无 默认定制化定制化定制化定制化无可视可管可管eMBB增强安全业务特性安全业务特性高阶安全全面高阶安全完全共享（或部分独占）完全共享（或部分独占）部分独占完全独立1、切片等级：一共五个切片等级：L0-L42、网络类型：一共两种网络类型：公众网，行业网3、等级划分：公众网有两种等级：普通、VIP；行业网有三种等级：普通、VIP和特需4、切片分级定义：为每一种切片等级进行具体的定义。5、资源定制：一共三种选项：完全共享、部分独占和完全独立。建设初期会将公众网和行业网区分开，具有天然隔离的优势。资源定制指的是无线、传输及核心网的资源隔离程度，具体分类说明详见3.1章。L0公众 网-普通L1公众网-VIP高隔离度高性价比尽力而为无差异化L2行 业 -普通L3行 业 -VIPL4部分差异化有条件差异化有条件确定性超高确定性高体验行业-特需6、业务体验：1）安 全：一共五种选项：基本安全、eMBB增强安全、业务特性安全、业务特性高阶安全和全面高阶安全，根据不同切片等级及网络类型配套不同的安全能力，具体分类说明详见3.2章。2）运营运维：一共三种选项：无运营运维，行业可视和行业可管，具体分类说明详见3.3章。3）定制化服务：除公众网普通用户无特殊需求外，从L1-L4均需要不同的质量保障能力，需根据不同场景按需求提供。除上述几大网络基础能力（网络资源、隔离性、运营运维、安全和SLA）外，不同的垂直行业还会有各自的定制化需求，需要网络切片提供定制化能力，如支持Non-IP传输、支持时钟同步、支持设备高处理速度等，都可以在上述每种能力等级基础上额外叠加。当前切片分级白皮书主要针对eMBB和低时延切片，后续uRLLC及mMTC场景根据标准完善情况和现网成熟度再进行等级优化。根据第二章节的描述，我们已经将5G网络切片根据三种类型需求分为L0-L4五种能力等级，主要通过四个维度：网络资源隔离性、运营运维、安全和定制化服务来区分每种能力等级。本章将基于上述维度，从各个域分析，给出五种分级能力的详细方案。在无线空口保障中，绝大部分都是通过差异化QoS优先级方式进行业务保障，以提升频谱这类稀缺资源的使用效率，但随着5G逐步渗透到各行各业的生产和管理环节，就需要无线侧提供不同等级保障；1、基于QoS的调度：可以确保在资源有限的情况下，不同业务“按需定制”，为业务提供差异化服务质量的网络服务，包括业务调度权重、接纳门限、队列管理门限等，在资源抢占时，高优先级业务能够优先调度空口的资源，在资源拥塞时，高优先级业务也可能受影响；无线侧当前能提供4组组合能力，根据切片等级划分原则进行映射。以下是无线侧组合划分及映射原则：无线切片隔离方案主要实现网络切片在NR RAN部分的资源隔离和保障。根据业务的时延，可靠性，和隔离要求，可以分为切片级QoS保障、空口动态预留、静态预留。结合不同业务场景的不同需求，这里给出典型的无线侧切片分级建议，以及每级隔离度可对应的典型行业和业务场景划分如下表。3. 分级方案3.1 5G网络切片隔离能力3.1.1 无线切片隔离方案表2 5G无线网络切片分级建议切片等级映射无线切片类型组合1：RB资源共享，QoS区分切片按QoS优先级保障 公众网、通用行业：企业宽带适合矿区、工厂生产类业务及对安全要求极高部门（如政府安全部门） 对业务要求一定基础保障，如电网智能巡检类业务，媒体直播等对业务隔离度及带宽要求高，如电网配电自动化业务、政府、公安专网RB资源动态共享RB资源静态预留在行业尊享专网载频独立基础上使用切片组合2：RB资源部分预留，动态共享切片组合3：资源独享切片组合4：载频独享切片无线空口 应用行业L0L1L2(一) 无线空口资源调度可能的方式包括QoS（5QI）优先级、RB资源预留和载波隔离。L3 / L4（按需提供）2、 RB资源预留 ：允许多个切片共用同一个小区的RB资源。根据各切片的资源需求，为特定切片预留分配一定量RB资源。RB预留分为静态预留和动态共享。3、载波隔离：不同切片使用不同的载波小区，每个切片仅使用本小区的空口资源，切片间严格区分确保各自资源。RAN与CN之间的移动传输网络根据对切片安全和可靠性不同诉求，分为硬隔离和软隔离，根据业务要求隔离度、时延和可靠性不同需求，传输承载技术包括：FlexE/MTN接口隔离、MTN交叉隔离和VPN+Qos隔离不同技术。3.1.2 传输切片隔离方案(一) 硬隔离(Hard Isolation)技术1）动态共享方式：为指定切片预留的资源允许一定程度上和其他切片复用。在该切片不需要使用预留的RB资源时，该切片预留的RB资源可以部分或全部用于其它切片数传。在上下行有数传时，可以及时调配所需资源。2）静态预留方式：为指定切片预留的资源在任何时刻都不能分配给其他切片用户使用。确保任何时刻有充足资源随时可用。1、FlexE接口隔离：FlexE/MTN接口是基于时隙调度将一个物理以太网端口划分为多个以太网弹性硬管道，在网络接口层面基于时隙进行业务接入，在设备层面基于以太网进行统计复用。2、MTN交叉隔离：基于以太网64/66B码块的交叉技术，在接口及设备内部实现TDM（时分复用）时隙隔离，从而实现极低的转发时延和隔离效果。单跳设备转发时延最低510us，较传统分组交换设备较大提升。(二) 软隔离(Soft Isolation)技术FlexE/MTN接口隔离技术可以组合MTN交叉隔离技术或分组转发技术进行报文传输，每个FlexE/MTN接口的Qos调度是隔离的。VPN+Qos隔离：VPN实现多种业务在一个物理基础网络上相互隔离。VPN+Qos软隔离不能实现硬件、时隙层面的隔离，无法达到物理隔离效果。传输侧当前能提供4组通道能力，根据切片等级划分原则进行映射。以下是传输侧通道划分及映射：核心网切片隔离方案主要实现网络切片在5G CORE部分的资源和组网隔离与SLA保障。其中资源视图主要针对为切片隔离分配的5G核心网硬件资源层、虚拟资源层和网元功能层；而组网视图则主要针5G核心网数据中心内的交换机/路由器设备的隔离性。3.1.3 核心网切片隔离方案表3 5G传输网络切片分级建议切片等级映射传输切片类型 传输业务 应用行业L1L0L2L3L4VPN共享+Qos调度VPN共享+FlexE/MTN接口隔离(隧道隔离)固定接入区域的5G 2B垂直行业生产类业务电网，制造，医疗，矿山，港口,车联网VPN隔离+FlexE/MTN接口隔离（隧道隔离)VPN隔离+FlexE/MTN接口隔离（隧道隔离)或者端到端MTN通道(MTN接口+MTN交叉,E2E物理隔离)端到端MTN通道(MTN接口+MTN交叉,E2E物理隔离)固定接入区域的5G 2B垂直行业生活类业务固定2B白金专线业务（一跳直达） 政府/党政军/金融/证券专线，电网政企专线，抄表采集类，视频监控，媒体直播5G 2C个人游戏，CloudVR流量套餐业务，移动接入区域不固定的行业应用云游戏，家庭CloudVR，行业应用：移动救护，无人机，移动监控等5G 2C个人流量套餐业务 上网，OTT视频1、VPN共享+Qos调度：组合VPN 共享+Qos调度技术,转发基于IP包转发，流量参与 Qos调度；2、VPN共享+FlexE/MTN接口隔离：组合FlexE/MTN接口+Qos调度，业务接入基于时隙隔离，转发基于IP包转发，VPN共享，流量参与Qos调度，较传统分组交换设备隔离效果提升，但弱于MTN通道转发；3、VPN隔离+FlexE/MTN接口隔离：组合FlexE/MTN接口隔离+Qos调度，业务接入基于时隙隔离，转发基于IP包转发，VPN隔离，流量参与Qos调度，较传统分组交换设备隔离效果提升，但弱于MTN通道转发；4、端到端MTN通道：组合MTN接口和MTN交叉隔离技术，业务接入基于时隙隔离，转发基于MTN交叉技术，业务为物理隔离，单跳设备转发时延最低510us，较传统分组交换设备有较大提升。CETOR-EOR虚拟资源层网元功能层（信令面、数据面、公共网元）组网视图资源视图硬件资源层硬件资源层基于上述5G核心网的资源和组网两个视图，结合不同业务场景的不同隔离性需求，这里给出典型的隔离度分级建议，以及每级隔离度可对应的典型行业和业务场景如下表：表4 5G核心网络切片分级建议切片等级映射核心网切片类型关键隔离技术典型业务场景默认2C基础业务（上网、视频等，尽力而为）公众网优享业务：运营商自营游戏加速、视频加速类业务游戏加速、4K/AR/VR直播、AR/VR教育医院本地网、工业园区本地网公安应急网络、电力I/II区业务硬件资源层 虚拟资源层 网元功能层 DC内传输应用行业公众网-普通游戏、视频、教育医疗、工业公安、电力完全共享 NANA共享或部分独占共享或部分独占共享或部分独占按需独占公众网-VIP行业网-普通行业网-VIP行业网-特需L0L1L2L3L41、硬件资源层：主要指基于X86或者ARM架构的各种服务器，可支持“共享”和“独占”两种隔离模式，其中独占模式也就是我们常说的“物理隔离”；2、虚拟资源池：亦即网络功能虚拟化基础设施（NFVI：Network Functions virtualisation Infrastructure），通过虚拟机、容器等虚拟化技术，在通用性硬件上承载传统通信设备功能的软件处理，从而实现新业务的快速开发、部署和弹性缩扩容。虚拟资源池同样可支持“共享”和“独占”两种隔离模式，其中独占模式也就是我们常说的“逻辑隔离”；3、网元功能层：如上所述，得益于3GPP标准定义的网络虚拟化（NFV：Network Functions Virtualisation）和服务化架构（SBA：Service Based Architecture），5G核心网的网络功能/虚拟网络功能层（NF/VNF：Network Function/Virtual Network Function）同样可以支持不同层级的按需隔离模式，保证不同切片间的业务独立性：独立性：1）完全共享模式：能力等同于2/3/4G网络的“一条跑道、尽力而为”，通常适用于公众网的普通消费者业务，对于安全隔离性无任何特殊需求；2）部分独占模式：结合行业实际需求，通过共享大部分网元功能+少量网元功能独占专享的方式，在安全隔离性需求和成本之间做到最佳平衡，从而能够满足大多数通用行业的网络切片分级需求。3）完全独占模式：能力等同于建设一张完整的行业专用核心网，安全隔离性最好、但建设和运营成本也最高。因此仅适用于极个别需要超高安全隔离性而对成本不敏感的特殊行业。