5G网络端到端切片架构及实现浅析

李斌 ,姜明 ,韩笑

中国联通山东省分公司  山东济南  250000

摘要：5G时代已经到来，5G技术正在成为社会数字化发展的强力催化剂，移动通信网络价值的进一步挖掘就取决于垂直行业的多样化业务需求，由此切片技术应运而生。无切片，不 TO B,通过网络切片，运营商能够在一个通用的物理平台之上构建多个专用的、虚拟化的、互相隔离的逻辑网络，满足不同客户对网络能力的不同需求，是5G服务千行百业的关键切入点。本文就5G切片原理架构、网络实现进行了相关探讨研究，对于基础运营商的5G网络运维优化、切片价值输出具有一定的参考价值。

    关键词： 5G；切片；核心网；应用

1  引言

回首2022年，北京冬奥会为我们带来了一场绿色、科技、人文交织的盛宴，生动展示了新一代信息技术对于构建人类美好未来的巨大潜力。作为新兴信息技术代表--5G，正以大带宽、低时延、广联接的颠覆性优势走近我们生产生活。5G不仅是一轮通信技术的代际跃迁，更将带来网络服务架构的根本变革。“网络切片”是5G区别于4G的标志性技术之一，通过逻辑“专网”服务千行百业，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。通过基于服务化架构的5G切片技术，运营商将能够最大程度地提升网络对外部环境、客户需求、业务场景的适应性，提升网络资源使用效率，优化网络建设投资，构建灵活和敏捷的5G网络。

2  原理架构

切片最简单的理解，就是通过对5G无线网、承载网和核心网进行差异化配置，将5G网络虚拟成满足客户业务需求的端到端逻辑网络切片，从而为不同垂直行业场景提供相互隔离、网络能力可确定的网络服务，满足差异化数据传输的保障需求，实现端到端的SLA业务保障。每个端到端切片均由无线网、传输网及核心网子切片组合而成，并通过切片管理系统进行统一管理。

网络切片提供的是端到端的网络服务，因此逻辑“专网”需要终端，无线网，承载网，核心网各领域协同构建完成。

终端要具备感知切片与匹配切片的能力。5G终端预置/获取切片标识，并与具体应用APP关联。应用会话建立时，上传切片标识，5GC根据用户签约切片信息，选择相应网络切片建立会话。

无线网灵活切片及统一空口架构适配多样化切片场景。 无线侧包含三种切片机制：QoS调度、RB资源预留和独立载波。QoS调度（俗称软切），即通过5QI或切片ID+5QI为业务提供差异化服务质量。RB资源预留，允许多切片共用同一个小区 RB资源，并为一个切片或切片组分配不同的PRB份额，基站根据分配份额进行无线资源调度。独立载波，则通过划分不同频段，构成物理隔离的独享切片。

传输网SDN化配合多层次切片技术构建定制切片。传输网切片运用虚拟化技术，将网络拓扑资源虚拟化，按需组成虚拟网络，构建虚拟网络(vNet)。支持多层次的切片隔离技术： VPN+QoS、以太独立端口及Flex-E等。VPN+QoS，即根据QoS优先级标识、时延等需求，在相应的虚拟网络上建立面向业务的连接隧道，实现承载切片。以太独立端口切片技术，是根据需求使用以太物理端口做切片，并配置独立的传输资源，每个切片使用不同的物理端口实现隔离，根据业务的优先级选择不同的切片承载。FlexE技术通过将一个或多个捆绑后的物理端口划分为多个逻辑端口实现切片，可实现带宽的灵活伸缩以及逻辑端口之间的隔离。由于FlexE技术具备大带宽、灵活分配、硬管道和通道化的技术特点，因此能较好地满足5G网络切片的需求。

核心网服务化支撑切片按需构建 。5G核心网基于全新的服务化架构，将网络功能解耦为服务化组件，组件之间使用轻量级开放接口通信。这种高内聚低耦合的结构使其具备敏捷、易拓展、灵活、开放的特性，从而满足网络切片的按需构建、动态部署弹缩和高可靠性要求。 当前根据业务需要，核心网可实现完全共享、部分共享和完全独立三种切片模式，用户面UPF根据时延、分流需求，可按需下沉部署。

3  网络实现

切片端到端编排管理实现模型驱动运营。 通过CSMF、NSMF、NSSMF和MANO实现5G 端到端切片的订购、编排、部署的自动化。NSSMF既可以和NSMF集中部署，也可以下沉到子切片域进行部署，以适配对不同厂家设备的编排。

CSMF（Communication Service Management Funtion)是通信服务管理功能。租户或企业可以通过CSMF向运营商订购切片，并提交相关的需求，比如在线用户数、平均用户速率、时延需求等。

NSMF（Network Slice Management Function）负责切片的编排和部署。将CSMF的需求自动转化为切片需要的SLA，并把端到端切片需求分解为子切片需求。

NSSMF（Network Slice Subnet Management Function）负责将子切片的编排和部署。最后切片或子切片的模板转化为网络服务的模板，再通过MANO进行切片的部署。

切片即服务，切片的运营要遵循敏捷性、多场景、自动化、智能化策略，这就对切片运行管理提出了极高要求，通过构建统一的切片业务管理平台，可实现对各个专业子切片全生命周期的统一编排管理、监控，构建面向客户的端到端切片服务，简而言之，就是实现网络能力商品化、业务发放自动化、业务管理服务化的三化能力。

4 结束语

5G已在，未来已来，通信业务逐步呈现多场景、差异化等特点，如视频业务聚焦带宽（eMBB），自动驾驶业务需要低延时和高可靠性保障(uRLLC)，物联网业务依赖巨大的连接数量(mMTC)。5G网络进行了功能重构，切片能为不同客户提供灵活定制、逻辑隔离的端到端确定性网络服务，完美适配垂直行业需求。同时，切片技术也为网络能力的供需矛盾带来一个优秀的解决思路，在一张网络内虚拟出多个网络切片，不仅满足不同业务的性能需求，也可实现网络资源利用最大化，节约网络建设成本，提高运营商盈利能力，最终达到网络服务与成本效益双提升。 本文就5G网络端到端切片原理及实现进行了探讨，对于基础运营商的5G网络运营及价值提升工作具有一定的参考价值。

参考文献：

1、5G移动通信系统及关键技术 [M]. 张传福 赵立英 张宇等 电子工业出版社

2、一本书读懂5G技术[M]. 王振世 机械工业出版社

3、Systemarchitectureforthe5GSystem(5GS). 3GPP TS 23.501 [S/OL]. 2020

4、浅析5G核心网网络安全 [J]. 马洪源 电信工程技术与标准化. 2021(10)

作者简介：李斌，吉林大学，学士，现工作于中国联通山东省分公司。

姜明，重庆邮电大学，硕士，现工作于中国联通山东省分公司。

韩笑，山东大学，硕士，现工作于中国联通山东省分公司。