伍 嘉，王志會(huì)，劉凡棟，尼松濤（.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007；.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 00033）

1 5G切片技術(shù)背景

伴隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，各種依賴于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的新興業(yè)務(wù)及應(yīng)用如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)。網(wǎng)絡(luò)直播、智能穿戴、傳感器遠(yuǎn)程監(jiān)控等早已融入社會(huì)的各個(gè)角落，出現(xiàn)在幾乎每個(gè)人的生活中。4K/8K直播、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）以及各種垂直行業(yè)應(yīng)用如云游戲、遠(yuǎn)程醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延、可靠性等要求嚴(yán)苛，4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已無(wú)法滿足這些需求。而5G網(wǎng)絡(luò)部署商用，則為這些新興業(yè)務(wù)提供了有力的保障。

作為5G 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，網(wǎng)絡(luò)切片（Network Slicing）技術(shù)允許在同一物理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，按需隔離出若干張邏輯隔離的虛擬專網(wǎng)，每個(gè)邏輯隔離的虛擬專網(wǎng)即網(wǎng)絡(luò)切片。網(wǎng)絡(luò)切片可提供特定網(wǎng)絡(luò)能力和特性，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)加持，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)資源的靈活匹配，基于一張物理網(wǎng)絡(luò)虛擬出多張滿足不同業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景差異化需求的5G切片網(wǎng)絡(luò)，并能充分共享物理網(wǎng)絡(luò)資源。

切片概念最先由運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟NGMN 提出，標(biāo)準(zhǔn)化工作主要由3GPP 完成，GSMA 制定了通用切片模板GST（Generic Network Slice Template）［1］，目前切片vendor 國(guó)內(nèi)主要有華為、中興，海外則主要為愛(ài)立信。5G網(wǎng)絡(luò)切片的定義如表1所示。

表1 5G網(wǎng)絡(luò)切片的定義

5G 網(wǎng)絡(luò)切片能夠?yàn)椴煌怪毙袠I(yè)提供差異化、相互隔離、功能和容量可定制的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)客戶化定制的網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計(jì)、部署和運(yùn)維，功能場(chǎng)景和設(shè)計(jì)方案可進(jìn)行獨(dú)立裁剪。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片能夠保證業(yè)務(wù)的端到端服務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA——Service Level Agreement），具備性能可保障性。

2 5G網(wǎng)絡(luò)切片關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)

由于不同行業(yè)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延、移動(dòng)性、覆蓋、可靠性、速率、連接密度、連接成本等特性需求不同，這些差異化業(yè)務(wù)需求可以歸結(jié)為以下3 類：網(wǎng)絡(luò)性能需求、安全可靠性需求、網(wǎng)絡(luò)自運(yùn)維需求。

a）網(wǎng)絡(luò)性能需求：網(wǎng)絡(luò)的上行、下行、吞吐率、時(shí)延、移動(dòng)性、覆蓋概率。

b）安全可靠性需求：可用性、可快速恢復(fù)、安全、可隔離。

c）網(wǎng)絡(luò)自運(yùn)維需求：用戶ID 管理、鑒權(quán)認(rèn)證、位置、話單、計(jì)費(fèi)、會(huì)話、業(yè)務(wù)感知。

網(wǎng)絡(luò)自運(yùn)維需求與運(yùn)營(yíng)商對(duì)切片管理能力強(qiáng)相關(guān)，將在下一章節(jié)進(jìn)行詳細(xì)分析。前兩點(diǎn)業(yè)務(wù)需求屬于由網(wǎng)絡(luò)技術(shù)直接實(shí)現(xiàn)保障的需求。

一個(gè)端到端網(wǎng)絡(luò)切片的實(shí)現(xiàn)，需要終端、無(wú)線網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域共同協(xié)作執(zhí)行，通過(guò)若干個(gè)子切片網(wǎng)絡(luò)的搭建，最終構(gòu)建起端到端的網(wǎng)絡(luò)切片，如圖1所示。這其中，不同領(lǐng)域又對(duì)切片有著不同的技術(shù)方案與實(shí)現(xiàn)形式要求?；诓煌募夹g(shù)手段，差異化的業(yè)務(wù)需求得以在同一組網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。

2.1 終端切片實(shí)現(xiàn)技術(shù)與要求

圖1 端到端網(wǎng)絡(luò)切片組成示意圖

為了能夠順利接入一個(gè)5G 網(wǎng)絡(luò)切片，UE 首先應(yīng)滿足以下網(wǎng)絡(luò)切片相關(guān)功能要求。

a）具備同時(shí)接入至少2個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片的能力。

b）支持網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能，支持在RRC層和NAS層攜帶網(wǎng)絡(luò)切片選擇輔助信息標(biāo)識(shí)（NSSAI——Network Slicing Selection Assistant Information）。

c）支持存儲(chǔ)并識(shí)別網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的UE 路由選擇策略（URSP），并根據(jù)URSP 規(guī)則進(jìn)行切片選擇，其中必須支持以DNN 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片選擇，但更推薦支持基于IP三元組、APP ID、FQDN 完成業(yè)務(wù)和對(duì)應(yīng)S-NSSAI 的綁定，對(duì)PDU會(huì)話進(jìn)行相應(yīng)配置。

其中，URSP 策略是配置在核心網(wǎng)策略控制功能（PCF——Policy Control Function）內(nèi)，用于發(fā)送給終端的OTT 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)選擇的策略信息，其作用是在網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制不同業(yè)務(wù)流激活到不同的網(wǎng)絡(luò)切片，最終實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分流。圖2 所示的是基于URSP 策略的切片選擇邏輯。

2.2 無(wú)線切片實(shí)現(xiàn)技術(shù)與要求

無(wú)線子切片是E2E 網(wǎng)絡(luò)切片的子切片。由一組配置規(guī)則和切片ID 的映射，通過(guò)調(diào)度和不同的L1/L2配置來(lái)完成切片所支持的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

無(wú)線子切片技術(shù)的核心有3點(diǎn)：

a）服務(wù)質(zhì)量（QoS）。即核心網(wǎng)針對(duì)不同用戶配置差異化QoS，整體規(guī)劃，無(wú)線側(cè)按配置實(shí)現(xiàn)切片內(nèi)、切片間的QoS差異化調(diào)度。

b）劃分切片組。確定切片組及用戶群組，根據(jù)分組劃分小區(qū)資源。

圖2 基于URSP策略的切片選擇過(guò)程

圖3 無(wú)線子切片實(shí)例與核心網(wǎng)子切片關(guān)系

無(wú)線子切片可以被專享，即一個(gè)無(wú)線子切片對(duì)應(yīng)于一個(gè)核心網(wǎng)切片；也可以被共享，即一個(gè)無(wú)線子切片對(duì)應(yīng)于多個(gè)核心網(wǎng)切片。核心網(wǎng)切片的數(shù)量可以很多，但是受限于資源等因素?zé)o線子切片數(shù)量有限，具有類似無(wú)線特性的切片可以共享一個(gè)無(wú)線子切片，如圖3所示。

在無(wú)線子切片的實(shí)現(xiàn)上，目前主要有3 種方案。分別是基于QoS 的無(wú)線軟切片實(shí)現(xiàn)方案；基于PRB 分配的無(wú)線軟切片實(shí)現(xiàn)方案和基于空口資源分配的無(wú)線硬切片實(shí)現(xiàn)方案。作為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，基于QoS的實(shí)現(xiàn)方案，使無(wú)線側(cè)不僅可以支持如圖4 所示的不同切片間QoS 差異化調(diào)度，還要可支持切片內(nèi)的QoS差異化，即在一個(gè)切片內(nèi)支持不同QoS。

圖4 基于QoS的切片間差異化調(diào)度

QoS 是針對(duì)單個(gè)承載/Flow 的優(yōu)先級(jí)，切片是針對(duì)一組承載/Flow 的資源保證。同一切片的不同業(yè)務(wù)可以有不同的QoS，按照QoS 區(qū)分優(yōu)先級(jí)?；诖?，無(wú)線子切片可根據(jù)SLA，對(duì)切片中各承載的PDCP、RLC、MAC 參數(shù)配置和調(diào)整，還可為不同切片的相同5QI 業(yè)務(wù)配置優(yōu)先級(jí)差異化權(quán)值，實(shí)現(xiàn)相同5QI 不同業(yè)務(wù)的差異化處理終端。

此外，在傳統(tǒng)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法基礎(chǔ)上，還增加了針對(duì)切片級(jí)帶寬維度的保障實(shí)現(xiàn)，在調(diào)度時(shí)，如果某切片的帶寬未達(dá)到門限，則進(jìn)行優(yōu)先調(diào)度。基于QoS的切片帶寬保障如圖5所示。

圖5 基于QoS的切片帶寬保障

基于PRB分配的實(shí)現(xiàn)方案的基礎(chǔ)是，5G空口頻譜資源從時(shí)、頻、空域等多個(gè)維度劃分為不同的資源塊（PRB）。將不同用戶的數(shù)據(jù)承載（DRB）映射到不同的RB 上，即可實(shí)現(xiàn)各切片所需的PRB 按頻域（BWP）或按照PRB 資源百分比進(jìn)行切分調(diào)度，基于PRB 分配的無(wú)線子切片實(shí)現(xiàn)如圖6所示。

圖6 基于PRB分配的無(wú)線子切片實(shí)現(xiàn)

基于空口資源分配的無(wú)線子切片方案可以做到空口資源的絕對(duì)隔離保障，但頻譜資源的利用效率降低，因此不適合大規(guī)模應(yīng)用，可在一些小范圍特定場(chǎng)景下的局部區(qū)域應(yīng)用。

2.3 承載切片實(shí)現(xiàn)技術(shù)與要求

承載網(wǎng)可根據(jù)業(yè)務(wù)需求，在同一張物理網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行資源分割形成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)（切片網(wǎng)絡(luò)）。不同切片網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源具有隔離性。

針對(duì)承載網(wǎng)子切片的隔離度要求，主要有VPN 技術(shù)和端口級(jí)FlexE技術(shù)兩大技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

對(duì)話、反思、質(zhì)疑——埃弗雷特的小說(shuō)創(chuàng)作研究 …………………………………………………… 王玉括（5.92）

a）VPN 技術(shù)。作為一項(xiàng)成熟技術(shù)，VPN 提供“彈性”隔離通道，不同的業(yè)務(wù)采用不同的VPN 提供業(yè)務(wù)層面的邏輯隔離，特點(diǎn)是不同業(yè)務(wù)之間共同占用帶寬。但由于VPN 本身并不提供差異化的保障能力，因此單一個(gè)VPN 技術(shù)應(yīng)用會(huì)存在業(yè)務(wù)間搶占問(wèn)題。不過(guò)通過(guò)部署QoS，依然可以解決這類問(wèn)題。

b）端口級(jí)FlexE 技術(shù)。端口級(jí)FlexE 技術(shù)是業(yè)界主流方案，其遵從OIF2.1 標(biāo)準(zhǔn)。FlexE 既是硬隔離技術(shù)，又是差異化技術(shù)。靈活以太網(wǎng)基于Client/Group 架構(gòu)，可以支持任意多個(gè)不同子接口速率在任意一組的PHY上映射和傳輸。FlexE技術(shù)模型如圖7所示。

圖7 FlexE技術(shù)模型

在承載子切片的差異化方面，目前主要有QoS、FlexE等技術(shù)。

其中，QoS 作為差異化調(diào)度技術(shù)，通過(guò)流量管理和差異化調(diào)度，滿足不同業(yè)務(wù)的訴求，同時(shí)最大化統(tǒng)計(jì)復(fù)用。通過(guò)DSCP/802.1P 的優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)傳遞，可以實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)域的QoS質(zhì)量保障需求一致。通?，F(xiàn)網(wǎng)采用單級(jí)QoS 部署方案（非HQoS），可調(diào)度8 個(gè)隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列中均是多個(gè)業(yè)務(wù)共享。單級(jí)QoS 部署方案如圖8所示。

圖8 單級(jí)QoS部署方案

而利用FlexE 技術(shù)，可以提供隊(duì)列和接口的物理資源隔離，從而實(shí)現(xiàn)基于業(yè)務(wù)訴求提供靈活的資源。

2.4 核心網(wǎng)切片實(shí)現(xiàn)技術(shù)與要求

針對(duì)不同的切片隔離需求，核心網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)元的編排，實(shí)現(xiàn)共享切片和獨(dú)享切片2種部署形式。

a）共享切片。核心網(wǎng)共享切片分為完全共享和部分共享2種形式。

（a）完全共享。即一整套核心網(wǎng)網(wǎng)元所組成的切片實(shí)例被多個(gè)切片所共享。在完全共享切片內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)QoS來(lái)實(shí)現(xiàn)不同切片間的差異化調(diào)度。

（b）部分共享。部分共享形式則可根據(jù)切片用戶的實(shí)際需求，由用戶獨(dú)享部分網(wǎng)元，如SMF、UPF 等網(wǎng)元，并通過(guò)網(wǎng)元的下沉部署，實(shí)現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)不出園區(qū)或低時(shí)延等特定的需求。

b）獨(dú)享切片。核心網(wǎng)獨(dú)享切片則有某一切片用戶完全獨(dú)享全部核心網(wǎng)網(wǎng)元，或?qū)τ诟訃?yán)苛的需求，可獨(dú)享全部核心網(wǎng)物理資源，來(lái)實(shí)現(xiàn)完全的隔離，具備極高的安全性。但核心網(wǎng)獨(dú)享切片的成本較高，一般只適合有極高隔離需求，并且對(duì)成本不敏感的少數(shù)客戶群體。

核心網(wǎng)切片的實(shí)現(xiàn)形式如圖9所示。

圖9 核心網(wǎng)切片實(shí)現(xiàn)方案

3 5G切片行業(yè)應(yīng)用展望

5G 網(wǎng)絡(luò)切片在技術(shù)層面相比垂直專網(wǎng)具有明顯優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用潛力巨大。然而5G 剛剛起步，SA 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、終端操作系統(tǒng)的支持、終端模組的成熟和頂層應(yīng)用的發(fā)展尚需時(shí)日，切片網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要經(jīng)歷一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的過(guò)程。對(duì)于未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)切片發(fā)展的幾個(gè)階段，預(yù)測(cè)如下：

在5G 商用初期（2019 年—2020 年），限于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善程度及跨廠商跨域設(shè)備互通能力，運(yùn)營(yíng)商主要基于eMBB 的網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)服務(wù)，滿足2B2C 的云游戲、2B 的視頻直播、移動(dòng)監(jiān)控等市場(chǎng)對(duì)移動(dòng)高速互聯(lián)網(wǎng)專線接入服務(wù)的要求。

2021 年到2022 年，隨著終端逐漸成熟，應(yīng)用日趨豐富，云AR/VR有望在2021年后為5G帶來(lái)收入。

2022 年以后，uRLLC 將成為5G 全新的業(yè)務(wù)收入點(diǎn)，市場(chǎng)空間大，特別是車聯(lián)網(wǎng)有移動(dòng)性、低時(shí)延、大帶寬等典型需求；但產(chǎn)業(yè)成熟度低，處于培育階段。mMTC 很長(zhǎng)時(shí)間需依靠NB-IoT/e-MTC（到2022 年前后），做好4G IOT是5G物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵的一步，mMTC作為遠(yuǎn)期布局。

作為一個(gè)新生的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)模式，5G 網(wǎng)絡(luò)切片是電信業(yè)的美好愿景，在實(shí)現(xiàn)和落地上有幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要長(zhǎng)期貫徹。

首先，5G 網(wǎng)絡(luò)切片要讓客戶擁有良好的體驗(yàn)，避免給客戶定制網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)理解上和運(yùn)營(yíng)維護(hù)上的困擾。運(yùn)營(yíng)商需在合作中不斷探索理解客戶的業(yè)務(wù)需求和可行的收益模式。

其次，5G 網(wǎng)絡(luò)切片將一張網(wǎng)絡(luò)虛擬成N張邏輯網(wǎng)絡(luò)，需要在成本側(cè)具備明顯的競(jìng)爭(zhēng)力，從而挑戰(zhàn)乃至顛覆原有的專網(wǎng)專用商業(yè)模式。目前實(shí)現(xiàn)技術(shù)太復(fù)雜，涉及復(fù)雜的資源管理，這些都可能會(huì)成為發(fā)展的阻力。

再次，5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期長(zhǎng)，5G 網(wǎng)絡(luò)切片也需要不斷增添專業(yè)性的垂直行業(yè)解決方案及應(yīng)用能力，不斷滿足特定行業(yè)的切片需求，例如車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等。