美洲5G組織日前發(fā)布《商業(yè)化5G網(wǎng)絡切片》白皮書，其中分析介紹了5G網(wǎng)絡切片跨域生態(tài)系統(tǒng)中可用功能和技術特性的現(xiàn)狀。

1、無線接入網(wǎng)（RAN）切片現(xiàn)狀

評估RAN在支持引入基于切片的服務的能力方面的狀態(tài)，必須明確區(qū)分專門處理所需的功能（例如改善時延或吞吐量的功能）和可以提供的功能，其中這種專門的處理只針對單個切片或一組切片。后者通常被命名為“服務感知”，因為它們可以根據(jù)它們要區(qū)分的服務來啟用。如果沒有服務感知功能，運營商將無法根據(jù)新服務的需要有選擇地提供增強功能，因此無法將其貨幣化甚至部署。如果不深入討論與“專門處理”類型的特征相關的技術細節(jié)，它們中的大多數(shù)將屬于無線電資源管理、可觀察性、移動性管理、傳輸差異化等領域。

RAN資源管理（RRM）能夠以一種可以保證SLA（服務質(zhì)量協(xié)議）的實現(xiàn)這一方式對RAN資源和QoS策略進行編排，同時保持對不同服務類別的可用資源的訪問。這是通過在鏈路自適應、調(diào)度器配置、無線電資源劃分和準入控制中提供切片感知來實現(xiàn)的。

服務感知調(diào)度器優(yōu)先級可以根據(jù)標準化的5G QoS標識符（5QI）和NSSAI分配特定的調(diào)度權重，這是設計不同服務所需的不同特殊處理的強大工具。例如，在使用NSSAI區(qū)分提供視頻優(yōu)先級類型的服務時，運營商可以為視頻數(shù)據(jù)包配置特定的優(yōu)先級，以提高流媒體性能。其他可以減少上行鏈路時延的技術，例如預調(diào)度或無授權，也可以被特定NSSAI啟用以實現(xiàn)相同目的。

無線電資源劃分（RRP）是屬于上述兩個類別的功能之一，因為它通過分離資源提供專門的處理，并根據(jù)NSSAI進行不同的分配。使RRM切片感知允許RAN域創(chuàng)建邏輯和虛擬無線電，這些無線電可以在流量爭用時被隔離，但在使用率低時也可以被共享。

在圖1所示的示例中，此功能可以解決專用網(wǎng)絡用例需求。傳統(tǒng)上，小型企業(yè)提出的增加其場所網(wǎng)絡容量/覆蓋范圍的請求是由運營商通過部署專用無線網(wǎng)絡來解決的。借助RRP，如果現(xiàn)有站點已經(jīng)覆蓋了業(yè)務場所，則可以為客戶提供專用和隔離的資源，并在需要時提供額外的回傳安全性。這將是一個虛擬專用無線網(wǎng)絡，但可以在企業(yè)不使用它時與公網(wǎng)用戶共享。

圖1 無線電資源劃分的簡化圖

RAN切片的可觀察性提供對相關性能測量的監(jiān)控和每個切片的KPI計算，這對于為每個網(wǎng)絡切片的租戶提供洞察力和保證至關重要。它還有助于RRM在不同的流量和無線電條件下優(yōu)化服務切片的RAN資源。可觀察性應該可以用多個標準過濾以獲得良好的觀察。一些示例標準是每個S-NSSAI（每個切片）、PLMN ID和QoS（5QI）的計數(shù)器。

基于服務感知的移動性在網(wǎng)絡切片中很重要，因為用戶需要其切片具有移動性的服務連續(xù)性。RAN供應商在該領域提供的一些功能包括服務感知切換，它允許不具有相同NSSAI支持的節(jié)點之間的切換僅接受支持NSSAI的承載，以及服務感知流量工程，運營商可以使用在空閑或連接模式下觸發(fā)特定NSSAI到所需層的移動性。作為網(wǎng)絡切片框架的一部分，相鄰的RAN節(jié)點向彼此發(fā)送每個跟蹤區(qū)域支持的網(wǎng)絡切片集的信號，并且該信息可用于將用戶引導至支持終端所使用的切片的小區(qū)。除了無線電條件和負載之外，移動性管理功能在分配候選目標小區(qū)時還會考慮支持的網(wǎng)絡切片。需要注意的是，切片信息不能在RAT（無線接入技術）間從5G SA傳輸?shù)?a href="http://m.xsypw.cn/v/tag/9979/" target="_blank">4G。

在傳輸域中，RAN可以提供特定的虛擬局域網(wǎng)（VLAN）甚至特定端口以用于所配置的切片，以及在切片的基礎上啟用IPsec，從而在回傳上提供具有增強安全性的服務。

與安全性相關的另一個方面是通過無線電資源劃分進行切片隔離，從而確保防止DOS（拒絕服務）攻擊以及資源耗盡。網(wǎng)絡切片面臨的其他安全威脅包括監(jiān)控、流量注入和模擬攻擊。RAN在適當?shù)木瘓笊梢约案蚍治龇矫嫣峁┛捎^察性。安全功能基于安全分析檢測網(wǎng)絡異常，并通過將分析循環(huán)策略自動化來提供自適應安全。

2、核心網(wǎng)切片現(xiàn)狀

核心網(wǎng)絡上的切片特征集大致可以分為三類：提供切片、切片感知策略/功能、管理和編排。

需要基于靜態(tài)要求（例如，高吞吐量、低時延）使用新的切片ID和DNN（數(shù)據(jù)網(wǎng)絡名稱）更新配置文件的切片用例的配置是最容易實現(xiàn)和操作的（例如，基于訂閱的切片）。這些用例可以通過核心網(wǎng)上的標準功能集得到支持，因為它不需要在應用程序級別進行流量分類和切片選擇。供應工作通常需要一次性更新訂戶配置文件和網(wǎng)絡配置。這種架構模型非常適合全國和區(qū)域范圍的用例。假設“盡力而為”流量屬于默認切片（切片/服務類型1，切片區(qū)分器1），兩個新切片設計用于高吞吐量（切片/服務類型1，切片區(qū)分器2）和低延遲（切片/服務類型1，切片區(qū)分器3），可以通過網(wǎng)絡配置和用戶配置文件相應地啟用。

圖2 網(wǎng)絡切片類型示例

基于策略/應用程序的切片用例的配置需要與策略控制功能（PCF）和更新用戶配置文件和網(wǎng)絡配置的運營商配置工具緊密交互。該框架支持更高級的切片用例，需要在應用程序、位置和時間粒度上進行切片。這是通過向設備提供和傳送UE路由選擇策略（URSP）規(guī)則來實現(xiàn)的。URSP規(guī)則分別包含表1和表2中列出的流量描述符和路由選擇描述符組件。流量描述符確定規(guī)則何時適用，而路由選擇描述符提供啟動切片請求所需的參數(shù)。

表1 URSP規(guī)則-流量描述符

表2 URSP規(guī)則路由選擇描述符

例如，考慮一款智能手機，其應用要求包括盡力而為的流量（例如常規(guī)互聯(lián)網(wǎng)）、高吞吐量和低時延（例如AR/VR）。為了支持這些，PCF可以提供三個URSP規(guī)則，每個規(guī)則都指示流量描述符和路由切片選擇參數(shù)，如表1和表2所示。一旦UE檢測到新應用程序，UE將按照規(guī)則優(yōu)先級的順序評估URSP規(guī)則并確定任何URSP規(guī)則的流量描述符是否與應用程序匹配。如果URSP規(guī)則適用于應用程序，則UE在該URSP規(guī)則中按照路由選擇描述符優(yōu)先級的順序確定適當?shù)穆酚蛇x擇描述符。

基于切片的策略和部署模型

除了圖3中突出顯示的與配置相關的功能外，核心網(wǎng)絡在支持需要流量隔離、安全性和時延的切片用例方面發(fā)揮著至關重要的作用。通過部署特定于切片的專用5G核心節(jié)點，可以支持流量隔離、安全性和時延相關用例。盡管3GPP標準支持在切片級別部署5GC節(jié)點，但從實際實施的角度來看，專用分組核心節(jié)點（例如SMF/UPF/AMF）將滿足大部分切片要求。例如，可以通過在邊緣部署專用UPF來支持低時延切片，同時將所有其他控制平面功能保留在共享環(huán)境的集中位置。

圖3 使用URSP的多個切片示例

網(wǎng)絡功能是5GC網(wǎng)絡中的云原生功能，因此在跨各種用例進行擴展時，作為切片生命周期管理的一部分，創(chuàng)建或刪除它們是一個簡單的過程。一個具有成本效益的選擇是僅針對定制的用戶平面要求創(chuàng)建/刪除UPF，例如部署在本地設施/數(shù)據(jù)中心時的安全性和時延，同時可以重復使用控制功能。僅在冗余或客戶需要更多隔離時才需要對控制平面應用相同的方法。對于5GC，接入和移動功能（AMF）、會話管理功能（SMF）、用戶平面功能（UPF）和策略控制功能（PCF）等網(wǎng)絡功能可以按切片專用或共享，如圖4所示。如果切片由運營商擁有，而不是在多運營商核心網(wǎng)絡（MOCN）或多運營商無線接入網(wǎng)絡（MORAN）類型的架構中，可以假設部署將具有專用的網(wǎng)絡功能，而用戶配置文件數(shù)據(jù)庫是共享的。

圖4 共享或?qū)Ｓ玫暮诵木W(wǎng)資源

3、傳輸網(wǎng)切片現(xiàn)狀

在網(wǎng)絡切片的端到端方案中，傳輸網(wǎng)在滿足終端客戶切片需求方面起著關鍵作用。3GPP切片標識符的范圍沒有擴展到IP域，這使得很難以與5G核心或無線網(wǎng)絡相同的粒度對傳輸資源進行切片。但是，可以使用底層和覆蓋層中可用的IP流量管理解決方案來滿足必要的切片要求。傳送網(wǎng)要為網(wǎng)絡切片提供充足的傳輸，需要具備以下功能：域間包映射、傳輸資源劃分、資源隔離、最優(yōu)路徑選擇和質(zhì)量保證。

通常，數(shù)據(jù)包從RAN核心域映射到傳輸域。這可以基于VLAN ID、目標IP地址或來自RAN節(jié)點的物理端口在上行鏈路中完成，并且可以在基于源或目標IP地址的下行鏈路中完成。對傳輸流量進行優(yōu)先級排序的標準做法是根據(jù)流量服務要求使用不同的DSCP（差分服務點代碼）值標記數(shù)據(jù)包。如果一個切片或一組切片具有多個對傳輸特性有單獨要求的流量，則在切片和5QI粒度上擴展DSCP將提供對該切片流量進行適當處理的能力。5QI到DSCP和802.1p的映射可以在每個切片或切片組中單獨完成。對于隔離和質(zhì)量保證，可以使用VPN、IPsec、GRE、Segment Routing、MPLS。

在當今的網(wǎng)絡切片生態(tài)系統(tǒng)中，行業(yè)主要集中在RAN和核心網(wǎng)領域，同時依靠DSCP在傳輸上區(qū)分網(wǎng)絡切片。然而，未來很可能需要新的能力來改進傳輸中的最佳路徑選擇和質(zhì)量保證。例如，會產(chǎn)生這種需求的領域包括遠程檢查甚至遠程手術。解決這一挑戰(zhàn)的一個可能方向是使用SDN（軟件定義網(wǎng)絡）/SD-WAN（軟件定義廣域網(wǎng)）技術，這些技術可以提供更好的管理時延，更適合此類未來用例。可能需要將中央SDN/SD-WAN控制器與網(wǎng)絡切片編排管理集成，以實現(xiàn)更精細的端到端切片協(xié)調(diào)。當需要此類用例時，可能會審查和討論其他可能的傳輸增強功能。

4、終端切片現(xiàn)狀

為了實現(xiàn)5G網(wǎng)絡切片，終端在端到端（E2E）架構中扮演著非常重要的角色。終端負責在滿足條件時創(chuàng)建新的網(wǎng)絡切片連接，例如發(fā)起新的DNN連接，或者啟動指定的應用程序。終端切片架構一般可以分為以操作系統(tǒng)（OS）為中心或以調(diào)制解調(diào)器為中心。

以調(diào)制解調(diào)器為中心的架構適用于不依賴OS而是在調(diào)制解調(diào)器和應用程序之間進行接口的5G終端。例如，物聯(lián)網(wǎng)終端可能有一個應用程序通過命令直接與調(diào)制解調(diào)器通信。根據(jù)設備上預定義的、SIM中提供的或在5G注冊期間由網(wǎng)絡提供的切片信息，調(diào)制解調(diào)器將確定應用流量和切片映射。對于不需要支持多個切片的用例，這是相對簡單的架構和部署。

以OS為中心的架構適用于依賴OS在調(diào)制解調(diào)器和應用程序之間進行網(wǎng)絡連接的5G終端。智能手機Android和iOS上的應用程序不會直接與調(diào)制解調(diào)器通信以請求網(wǎng)絡連接。操作系統(tǒng)管理不同應用程序的所有連接請求，并操縱每個網(wǎng)絡切片上的數(shù)據(jù)流。在以操作系統(tǒng)為中心的架構中，操作系統(tǒng)負責將數(shù)據(jù)流從應用程序映射到相應的切片NSSAI，它收集策略信息（URSP）和其他相關信息，例如由移動終端管理等受信任實體提供的指定應用程序（MDM）并確定切片和應用程序映射。

URSP對于基于應用程序的切片至關重要，因為URSP中的流量描述符定義了將應用程序或應用程序類別與特定網(wǎng)絡切片匹配的規(guī)則。操作系統(tǒng)通過API從調(diào)制解調(diào)器獲取URSP策略，并將其用于流量控制。URSP中的其他流量描述符（例如目標完全限定域名（FQDN）和IP地址）可用于FWA（固定無線接入）和IoT（物聯(lián)網(wǎng)）應用程序中的域特定用例。

當前的終端生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)有幾代支持5G的芯片組，從切片支持的角度來看，這里有一個總結：

? 所有支持5G SA的終端都可以在基于訂閱的切片用例中使用。NSSAI對設備是透明的，因為它是基于每個DNN的UDM（統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理）配置文件應用的，缺點是這限制了切片的“粒度”，即所有具有特定DNN的流量都將使用相同的NSSAI。

? 目前幾乎所有的5G SA智能手機都支持基于策略的切片，但由于尚未推出任何商業(yè)服務，因此保守的假設是僅支持基本流量描述符（如DNN、appID+Osid等），需要對基于位置（TAC、Cellid）的規(guī)則等高級功能進行測試。

? 企業(yè)切片允許采用MDM系統(tǒng)以特定的appID+Osid標簽標記某些應用程序，該標簽可用于URSP規(guī)則以將它們與不同的NSSAI相關聯(lián)，但使用移動終端設備管理（MDM）通常與非消費電子終端相關聯(lián)，例如由企業(yè)擁有和控制的終端。

? 基于應用的切片仍需操作系統(tǒng)廠商和CSP合作，2023年之前可能無法實現(xiàn)商業(yè)化。

審核編輯 ：李倩