張 斌，王 哲，龍青良，陳任翔（.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)鐵塔廣東分公司，廣東廣州 50000；.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 000）

1 概述

5G時(shí)代業(yè)務(wù)豐富多彩，eMBB、uRLLC、mMTC三大應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求各不相同，5G網(wǎng)絡(luò)需要同時(shí)滿足差異化、多元化的業(yè)務(wù)需求。切片能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)資源靈活分配，將網(wǎng)絡(luò)能力靈活組合，可以基于5G 網(wǎng)絡(luò)虛擬出多個(gè)具備不同特征的邏輯子網(wǎng)，提供面向不同場(chǎng)景的按需定制網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)切片是5G滿足業(yè)務(wù)差異化需求的保證。

網(wǎng)絡(luò)切片具有端到端的屬性，一個(gè)切片業(yè)務(wù)會(huì)從無(wú)線側(cè)到核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)端到端的資源隔離，在無(wú)線側(cè)、傳輸側(cè)、核心網(wǎng)側(cè)都有相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方式。本文主要關(guān)注無(wú)線側(cè)切片的實(shí)現(xiàn)，首先介紹無(wú)線側(cè)切片的幾種實(shí)現(xiàn)機(jī)制，然后通過(guò)現(xiàn)網(wǎng)的切片試驗(yàn)驗(yàn)證切片的網(wǎng)絡(luò)能力，最后在能力驗(yàn)證的基礎(chǔ)上給出切片的應(yīng)用建議。

2 無(wú)線側(cè)切片的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

2.1 基于QoS的切片實(shí)現(xiàn)

5G QoS 通過(guò)定義QoS 策略進(jìn)行差異化的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保障，通過(guò)分級(jí)的方式滿足不同用戶或業(yè)務(wù)的需求，可以認(rèn)為5G QoS是在一張網(wǎng)絡(luò)內(nèi)基于用戶或業(yè)務(wù)的邏輯“切片”技術(shù)，因?yàn)闆](méi)有物理資源的隔離，基于QoS的切片實(shí)現(xiàn)也被業(yè)界稱(chēng)為“軟切片”。

基于QoS的切片實(shí)現(xiàn)有2種方式，即基于5QI的切片實(shí)現(xiàn)方式和基于切片ID+5QI的切片實(shí)現(xiàn)方式。

基于5QI的切片實(shí)現(xiàn)方式即所有用戶共享空口的RB 資源，依據(jù)用戶的QoS 配置進(jìn)行差異化調(diào)度，相同的5QI調(diào)度優(yōu)先級(jí)一致，分配的網(wǎng)絡(luò)資源一致，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量也一致，如圖1所示。

圖1 基于5QI的切片實(shí)現(xiàn)

與之相對(duì)的是基于切片ID+5QI的切片實(shí)現(xiàn)方式，網(wǎng)絡(luò)依據(jù)切片ID+5QI進(jìn)行差異化調(diào)度，可能出現(xiàn)相同的5QI 對(duì)應(yīng)的QoS 配置不同，調(diào)度優(yōu)先級(jí)不同，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量也不同的情況。

2.2 基于RB資源預(yù)留的切片實(shí)現(xiàn)

基于RB 資源預(yù)留的切片實(shí)現(xiàn)屬于硬切片的范疇，真正實(shí)現(xiàn)了資源的隔離，RB 資源預(yù)留都是針對(duì)切片組的，因此首先需要根據(jù)切片ID 設(shè)定切片組，如設(shè)定2B 切片組=2B 切片ID1+2B 切片ID2，基于RB 資源預(yù)留的切片實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

圖2 基于RB資源預(yù)留的切片實(shí)現(xiàn)

切片組劃分完成后，基站可針對(duì)切片組進(jìn)行資源分配，分配的資源包括切片專(zhuān)用資源、優(yōu)先資源和最大資源。專(zhuān)用資源即該切片組專(zhuān)享資源，非本切片組用戶不能使用；優(yōu)先資源為本切片組用戶優(yōu)先使用的資源，當(dāng)本切片組用戶不使用時(shí)其他用戶可以使用；最大資源是針對(duì)該切片組的一個(gè)資源限制，即該切片組最多使用的資源不能超過(guò)此門(mén)限。

2.3 基于載波隔離的切片實(shí)現(xiàn)

基于載波隔離的切片實(shí)現(xiàn)是要求不同切片（主要是2C 切片和2B 切片）承載在不同的頻段上，可以實(shí)現(xiàn)空口資源的徹底隔離，如圖3 所示。載波隔離的關(guān)鍵是接入控制，目前的接入控制主要有基于PLMN、基于NPN等方案。

圖3 基于載波隔離的切片實(shí)現(xiàn)

基于PLMN 的載波隔離主要實(shí)現(xiàn)方式是不同的載波廣播不同PLMN，UE 依據(jù)自己的簽約PLMN 信息選擇相應(yīng)的駐留載波。但由于PLMN 資源有限且申請(qǐng)困難，很難大規(guī)模應(yīng)用。

為此，3GPP 在R16 中提出了NPN 的解決方案，根據(jù)與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)程度，分為獨(dú)立NPN（SNPN）和非獨(dú)立NPN（PNI-NPN）2 種模式。SNPN 模式下，網(wǎng)絡(luò)通過(guò)PLMN+NID 來(lái)標(biāo)識(shí)，可以不依賴于運(yùn)營(yíng)商建網(wǎng)，PLMN 取值可為999，配置為SNPN access mode 的用戶只能通過(guò)SNPN接入網(wǎng)絡(luò)。PNI-NPN模式，通過(guò)PLMN網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供NPN 服務(wù)，通過(guò)PLMN ID 和CAG ID 來(lái)確定一個(gè)CAG，啟用了CAG 的小區(qū)只允許簽約CAG 用戶接入，CAG用戶可以選擇接入或不接入公網(wǎng)。

3 無(wú)線切片能力驗(yàn)證

3.1 切片的網(wǎng)絡(luò)性能驗(yàn)證

切片的網(wǎng)絡(luò)性能驗(yàn)證主要測(cè)試基于5QI 和切片ID+5QI 2種實(shí)現(xiàn)方式，切片的性能保障能力。

3.1.1 測(cè)試的預(yù)置條件

本測(cè)試需4 部測(cè)試終端，分別簽約切片ID1、ID2、ID3、ID4，其中切片ID1、ID2 使用5QI9 作為默認(rèn)承載，切片ID3、UE4 使用5QI4 作為承載；5QI4 對(duì)應(yīng)的下行GFBR=400 Mbit/s，MFBR=600 Mbit/s。基站及核心網(wǎng)均支持測(cè)試用例中所涉及的切片功能。

3.1.2 測(cè)試步驟

本測(cè)試的測(cè)試步驟如下。

a）將UE1、UE2、UE3和UE4放置在測(cè)試小區(qū)的好點(diǎn)，開(kāi)啟飛行模式。

b）UE1、UE2 解鎖飛行模式，發(fā)起滿buffer 下行FTP 業(yè)務(wù)。待速率穩(wěn)定后，連續(xù)測(cè)試3 min，記錄UE1和UE2的下行平均速率等指標(biāo)。

c）保持UE1 和UE2 下載業(yè)務(wù)。解鎖UE3 飛行模式，發(fā)起大包灌包的下行UDP 業(yè)務(wù)（灌包速率為600 Mbit/s）。待UE3 速率穩(wěn)定后，連續(xù)測(cè)試3 min，記錄UE1、UE2和UE3的下行平均速率等指標(biāo)。

d）保持UE1、UE2 和UE3 的下載業(yè)務(wù)。解鎖UE4飛行模式，發(fā)起大包灌包的下行UDP 業(yè)務(wù)（灌包速率為600 Mbit/s）。待UE4 速率穩(wěn)定后，連續(xù)測(cè)試3 min，記錄UE1、UE2、UE3和UE4的下行平均速率等指標(biāo)。

e）基站維持切片ID1 的5QI9 的相對(duì)調(diào)度權(quán)重X，設(shè)定切片ID2的5QI9的相對(duì)調(diào)度權(quán)重是2X；基站維持切片ID3的5QI4的絕對(duì)調(diào)度優(yōu)先級(jí)Y，設(shè)定切片ID4的5QI4 的絕對(duì)調(diào)度優(yōu)先級(jí)為Z，且需滿足Y＜Z。重復(fù)步驟a）～d）。

3.1.3 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果如表1所示。從表1可知，基于5QI的切片實(shí)現(xiàn)方式下，相同5QI 對(duì)應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)體驗(yàn)基本一致；基于切片ID+5QI 的切片實(shí)現(xiàn)方式下，相同5QI 對(duì)應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)體驗(yàn)會(huì)隨調(diào)度權(quán)重和調(diào)度優(yōu)先級(jí)不同而不同。

表1 基于5QI/切片+5QI的調(diào)度測(cè)試結(jié)果

3.2 切片組的網(wǎng)絡(luò)性能驗(yàn)證

3.2.1 測(cè)試的預(yù)置條件

本測(cè)試需要6 部終端，簽約信息如表2 所示，5QI4對(duì)應(yīng)的下行GFBR=400 Mbit/s，MFBR=600 Mbit/s?；炯昂诵木W(wǎng)均支持測(cè)試用例中所涉及的切片功能?；九渲们衅M1，切片組1 包括2C 切片ID1 和切片ID2。切片組1 的下行專(zhuān)用資源比例是20%，下行優(yōu)先資源比例是40%，下行最大資源比例是60%。

表2 切片組測(cè)試終端簽約信息

3.2.2 測(cè)試步驟

本測(cè)試的測(cè)試步驟如下。

a）將UE1、UE2、UE3、UE4、UE5 和UE6 放置在測(cè)試小區(qū)好點(diǎn)，開(kāi)啟飛行模式。

b）UE1 解鎖飛行模式，發(fā)起滿buffer 下行FTP 業(yè)務(wù)。待UE1 速率穩(wěn)定后，記錄UE1 下行平均速率、下行平均占用PRB個(gè)數(shù)等指標(biāo)。

c）保持UE1 下載業(yè)務(wù)，解鎖UE4 飛行模式，發(fā)起滿buffer 下行FTP 業(yè)務(wù)。待UE4 速率穩(wěn)定后，連續(xù)測(cè)試3 min，記錄UE1 和UE4 的下行平均速率、下行平均占用PRB個(gè)數(shù)等指標(biāo)。

d）保持UE1 和UE4 下載業(yè)務(wù)。解鎖UE5 飛行模式，發(fā)起滿buffer 下行FTP 業(yè)務(wù)，待UE5 速率穩(wěn)定后，連續(xù)測(cè)試3 min，記錄UE1、UE4、UE5的下行平均速率、下行平均占用PRB個(gè)數(shù)等指標(biāo)。

e）保持UE1、UE4 和UE5 下載業(yè)務(wù)。解鎖UE2 飛行模式，發(fā)起滿buffer 下行FTP 業(yè)務(wù)，待UE2 速率穩(wěn)定后，連續(xù)測(cè)試3 min，記錄UE1、UE2、UE4、UE5 的下行平均速率、下行平均占用PRB個(gè)數(shù)等指標(biāo)。

f）保持UE1、UE4、UE5 和UE2 的下載業(yè)務(wù)。解鎖UE3 飛行模式，發(fā)起滿buffer 下行FTP 業(yè)務(wù)，待UE3 速率穩(wěn)定后，連續(xù)測(cè)試3 min，記錄UE1、UE2、UE3、UE4、UE5 的下行平均速率、下行平均占用PRB 個(gè)數(shù)等指標(biāo)。

g）保持UE1、UE2、UE3、UE4 和UE5 下載業(yè)務(wù)。解鎖UE6 飛行模式，發(fā)起滿buffer 下行FTP 業(yè)務(wù)。待UE4 速率穩(wěn)定后，連續(xù)測(cè)試3 min，記錄UE1、UE2、UE3、UE4、UE5 和UE6 的下行平均速率、下行平均占用PRB個(gè)數(shù)等指標(biāo)。

3.2.3 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果如表3 所示。由步驟b）的測(cè)試結(jié)果可知，切片組的專(zhuān)用資源是剛性保障的，無(wú)論切片組用戶是否使用，其他用戶都不能占用，在切片組用戶無(wú)業(yè)務(wù)時(shí)，非切片組用戶可以使用優(yōu)先資源；由步驟c）～g）的測(cè)試結(jié)果可知，在切片組用戶有業(yè)務(wù)時(shí)，優(yōu)先資源全部由切片組用戶使用，非切片組用戶和切片組用戶根據(jù)調(diào)度優(yōu)先級(jí)分享其他資源，但是切片組用戶使用資源不能超過(guò)最大資源門(mén)限，如圖4所示。

表3 切片組的調(diào)度測(cè)試結(jié)果

圖4 切片組用戶及非切片組用戶PRB資源占比

4 切片業(yè)務(wù)應(yīng)用探討

根據(jù)前面章節(jié)的分析可知，切片可以為不同用戶提供差異化的業(yè)務(wù)保障，同時(shí)為運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行切片運(yùn)營(yíng)提供了可能，運(yùn)營(yíng)商的商業(yè)模式也將從原來(lái)向消費(fèi)者“賣(mài)流量”擴(kuò)展為向各行各業(yè)“賣(mài)網(wǎng)絡(luò)能力”和“賣(mài)服務(wù)”，從而可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)價(jià)值最大化。本文從2C、2B、2B2C等3種業(yè)務(wù)模式對(duì)切片應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

4.1 2C應(yīng)用——重點(diǎn)人群業(yè)務(wù)保障

對(duì)于地鐵、演唱會(huì)等特殊場(chǎng)景，業(yè)務(wù)量大，基站利用率高，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員、秩序維護(hù)人員進(jìn)行特殊通信保障。

可以采用RB 資源預(yù)留的方式對(duì)覆蓋區(qū)的基站基于切片組進(jìn)行資源預(yù)留，現(xiàn)場(chǎng)工作人員的終端簽約切片，成為切片組用戶，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)超忙時(shí)，普通用戶可能出現(xiàn)業(yè)務(wù)質(zhì)量下降，切片組用戶可以利用切片組的專(zhuān)用資源和優(yōu)先資源實(shí)現(xiàn)正常通信。

4.2 2B應(yīng)用——車(chē)聯(lián)網(wǎng)/自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)保障

對(duì)于車(chē)聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛等業(yè)務(wù)，需要網(wǎng)絡(luò)具備高可靠、低時(shí)延的能力，5G網(wǎng)絡(luò)除了要uRLLC升級(jí)外，還需使用切片功能對(duì)該類(lèi)業(yè)務(wù)做重點(diǎn)保障。

首先對(duì)行車(chē)路線上的基站進(jìn)行切片組配置，車(chē)聯(lián)網(wǎng)終端簽約2B 切片，成為切片組用戶，車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可以專(zhuān)享切片組的專(zhuān)用資源并優(yōu)先享用切片組的優(yōu)先資源。當(dāng)然，切片業(yè)務(wù)是一個(gè)端到端的流程，在實(shí)際應(yīng)用中還需要配合傳輸切片、核心網(wǎng)切片共同完成。

4.3 2B2C應(yīng)用——游戲加速應(yīng)用

對(duì)于“氪金”游戲玩家，追求極致的游戲體驗(yàn)，但是游戲運(yùn)營(yíng)平臺(tái)只能提供游戲內(nèi)容服務(wù)，無(wú)法提供網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保障，因此需要向運(yùn)營(yíng)商訂購(gòu)游戲?qū)偾衅?。運(yùn)營(yíng)商需要為該款游戲分配切片ID，并按切片+5QI的方式提供切片服務(wù)，保障定購(gòu)加速包的游戲玩家的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

具體的業(yè)務(wù)流程如圖5 所示，首先游戲廠商向運(yùn)營(yíng)商訂購(gòu)游戲加速切片，運(yùn)營(yíng)商為該款游戲分配切片ID，并配置相應(yīng)的服務(wù)等級(jí)；其次游戲玩家向游戲廠商訂購(gòu)游戲加速業(yè)務(wù)，游戲廠商向運(yùn)營(yíng)商提出增加切片成員，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)URSP 協(xié)議告知玩家該款游戲關(guān)聯(lián)的切片ID；此后游戲玩家再啟動(dòng)游戲即可享受切片ID+5QI方式的業(yè)務(wù)保障。

圖5 2B2C模式切片業(yè)務(wù)流程

5 結(jié)束語(yǔ)

切片是5G最具特色的功能，通過(guò)切片技術(shù)運(yùn)營(yíng)商可快速、靈活地部署滿足行業(yè)需求的邏輯專(zhuān)網(wǎng)，滿足不同業(yè)務(wù)差異化的網(wǎng)絡(luò)需求。由切片能力驗(yàn)證可知，切片在網(wǎng)絡(luò)資源分配，資源保障方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)在5G 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方面將有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，切片作為一個(gè)全新的技術(shù)與業(yè)務(wù)模式，在業(yè)務(wù)質(zhì)量保障、商業(yè)模式探索、產(chǎn)業(yè)鏈引導(dǎo)等方面仍然有大量的工作要做，需要端、網(wǎng)、業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力。