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在公眾號 [5G行業應用] 之前的兩篇文章《5G網絡切片的七種武器（一）》和《5G網絡切片的七種武器（二）》中，我們介紹了5G網絡切片3種武器，分別是超高帶寬、超低時延、海量連接，三者采用了大量的技術集來實現，我們對此也進行了介紹。而在之前的文章《使能千行百業，網絡切片你行嗎》的文章中，描述了網絡切片是“在同一個物理網絡上構建端到端、按需定制和隔離的邏輯網絡，提供不同的功能、性能、成本、連接關系的組合，支持獨立運維，為不同的的業務和用戶群提供差異化的網絡服務”，這個定義中隱含了網絡切片的三個核心能力：按需定制、SLA可保障、安全隔離。本篇“切片編排與自動部署”及下一篇文章“切片SLA保障”中我們介紹實現網絡切片三大核心能力的關鍵技術。

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武器四：切片編排與自動部署

雖然我們將網絡切片的這個武器命名為“切片編排與自動部署”，但實際上編排與部署僅僅是最終組合成網絡切片的一個過程，要支持網絡切片的按需定制、安全隔離，背后同樣需要技術集來支撐，我們首先對此做一個介紹，然后再介紹如何端到端的設計、部署一個網絡切片。

?面向應用的5G核心網SBA架構?

5G核心網（5GC）相對于之前的核心網發生了重大變化，最主要的就是實現了軟硬件解耦和功能解耦，極大的提升了5GC的靈活性。

首先通過硬件資源的虛擬化，將原本在剛性、封閉的專用硬件上部署的核心網部署在通用的硬件上，并引入NFV技術，將虛擬化的網絡功能（VNF）在虛擬化的資源池中靈活部署，實現了網絡功能所需資源的按需、彈性。

進一步的，引入SBA架構，大顆粒的VNF實現功能解耦，網元功能分解為三大類微服務組件，主要是應用類組件，公共組件，數據組件，不同的組件通過提供輕量化接口與其他組件相互調用，并靈活部署在多級DC的異構資源池上。SBA可以理解為網絡功能服務+基于服務的接口。網絡功能可由多個模塊化的“網絡功能服務”組成，并通過“基于服務的接口”來展現其功能，因此“網絡功能服務”可以被授權的網絡功能（NF）靈活使用。這為網絡功能的定制提供了靈活性。

基于統一的SBA構架，每個微服務化網絡功能服務都可以獨立迭代更新和靈活按需定制，不同的網絡功能服務可靈活組合成面對不同場景需求的網絡功能，不同的網絡功能再進一步編排為不同的網絡切片。這樣逐級靈活定制和組合，可以實現網絡切片動態編排、彈性伸縮，有效應對5G網絡中場景多樣化、業務動態化、網絡異構化挑戰，也就實現了核心網網絡切片的按需定制的能力。

?5G核心網CUPS?

5G核心網支持CUPS（Control and User Plane Separation），即控制面與用戶面分離。目的是讓網絡用戶面功能擺脫“中心化”的方式，使其既可靈活部署于核心網（中心數據中心），也可部署于接入網（邊緣數據中心），最終實現可分布式部署。

這種分布式部署的方式進一步提升了5G核心網組網和性能上的彈性，可靈活的將用戶面功能部署在適當的位置上（核心機房、重要匯聚機房、普通匯聚機房、業務匯聚機房），從收益上來看，首先可以減少回傳網絡的壓力，5G提供最多100倍于4G的傳輸帶寬，如果所有的流量都通過回傳網絡集中到核心機房的話，需要大量投資建設回傳網絡，通過將業務卸載到不同的位置出公眾網，能夠顯著節省投資，同時對優化流量、提升用戶的業務體驗也是有利的。其次，5G的大量業務，尤其是面向行業的URLLC業務，由于時延或者安全隔離的要求，需要在靠近用戶的位置部署，和中心部署相比，預計節省50%以上的時延，同時節省用戶部署連接內部網絡的專線成本。

網絡切片結合CUPS，可以靈活的對業務流量進行分流，實現不同的組網性能和滿足不同的安全隔離要求。

?5G核心網NF共享?

盡管5G面向應用的服務化架構為網絡切片提供了滿足性能和成本要求的靈活性，軟硬件解耦可以采用虛擬的資源來部署，降低了5GC部署硬件資源的通用性和擴展性，但對于某些場景的來說，還需要進一步提升資源的利用效率，降低網絡切片的部署成本。這通過NF的不同共享方式來實現，這主要以安全隔離需求來區分。

一類是安全隔離要求高的場景，為了保證業務的性能要求，不希望別的用戶影響（應用內的終端也往往只允許接入一個切片），如智能電網的一些控制功能，則采用全獨占的方式，也就是部署一套定制化的5GC網元，在數據和資源上都實現隔離。

另一類是對隔離要求不是很高，終端可能接入多個切片，但是需要對用戶進行適當管理的場景，采用部分控制面和媒體面功能獨占（如UPF、SMF），其它控制面功能共享的方式，節省部署資源。

還有一類場景對隔離要求比較低，比如一些移動寬帶類的業務場景，可以除用戶面（UPF）以外，其它的所有網元都共享的方式，降低網絡切片的部署成本。

?5GRAN的CU/DU分離?

相對于5G核心網基于虛擬資源部署的SBA架構，接入網提供的靈活性要弱一些，CU/DU分離是其中之一。其基本思想是將4G時代BBU重構為CU（Centralized Unit中心單元）和DU（DistributedUnit分布式單元），以處理內容的實時性進行區分。CU設備主要包括非實時的無線高層協議棧功能，同時也支持部分核心網功能下沉和邊緣應用業務的部署，而DU設備主要處理物理層功能和實時性需求的L2功能。

采用CU和DU架構后，CU和DU可以由獨立的硬件來實現。從功能上看，一部分核心網功能可以下移到CU甚至DU中，用于實現移動邊緣計算。此外，原先所有的L1/2/3等功能都在BBU中實現，新的架構下可以將L1/2/3功能分離，分別放在CU和DU甚至RRU中來實現，以便靈活地應對傳輸和業務需求的變化。

CU/DU具體的切分方式在3GPP RAN3組的報告TR38.801中進行了研究，共提出了8種分割方式，可簡單分類為高層分割和低層分割，在RAN#75會議上，給出了高層分割的建議：Option 2，即RRC和PDCP位于中央單元CU中，RLC、MAC以及物理層和RF都位于分布單元DU中。低層分割還沒有結論，Option 6（RF和物理層(PHY)位于DU中，其余高層位于CU中）和Option7可能性較大（部分物理層功能和RF位于DU中，其余高層位于CU中）。

CU/DU分離對網絡切片來說，提供了一種滿足不同組網性能靈活性的方式，其收益包括：有效降低前傳的帶寬需求；RAN CU內部的移動性不可見，從而降低了CN的信令開銷和復雜度；采用CU控制協議和安全協議集中化后，CU的出現更加適應NFV架構實現cloudRAN，增加了RAN側的功能擴展。

5GRAN的切片級資源隔離?

RAN側網絡切片研究最早在RAN3的TR 38.801和RAN2的TR 38.804中對實現切片的原則和需求進行了闡述，隨后在R15階段RAN2的TS 38.300中進行了形成了結論。其中明確了網絡切片對RAN的要求，包括了資源管理、切片資源獨立等要求，但并沒有對具體的實現方式進行規定，而根據對行業需求的分析，可能存在如下方式：

切片級的優先級調度：在原有基于用戶級的業務QoS基礎上，對切片設置一個優先級，通過影響無線資源調度的方式來保障切片的資源占用率，嚴格來說，這并不能算是一種資源隔離手段。

切片級的GBR保障：參考QoS的GBR方式，對切片在RAN側的速率設置一個保障速率（GBR）和最大速率（MBR），當基站下切片速率低于GBR的時候，對切片內用戶的調度請求優先處理，當高于MBR的時候，降低處理優先級，同樣，這也并不能算是一種資源隔離手段。

資源比例保障：為切片配置一定比例的無線資源，切片用戶獨享該部分資源，并可以設置競爭其它公共的資源。該種方式可能降低RAN側吸納用戶和流量的能力，但是對切片用戶的保障更有力。

頻段隔離：針對不同的行業需求，規劃滿足性能的頻段或者分割一定的頻率資源進行組網，實現更硬的資源隔離。

?承載網的軟硬切片支持?

運營商在4G及以前的時代，以南北流量為主，設計承載網時一般是采用輕載原則，實現上基于以太/IP技術，以統計復用和存儲轉發為主要特征，用VPN+QoS技術為不同業務提供不同的SLA。VPN技術實現軟隔離，業務流量在虛擬網絡中傳輸；QoS技術通過流量監管/整形，擁塞管理/避免等基于共享緩存隊列調度的機制實現不同業務的差分服務。VPN+QoS的方式可以認為是一種軟切片技術，其提供了一定的安全隔離和業務性能保障手段。基于IP/MPLS的隧道/偽線，基于VPN、VLAN等的虛擬化技術，都可以實現軟切片。

QoS在承載網中通過流量管理模塊（TM）來實現，通過優先級進行調度，當流量突發時，各個業務間會搶占資源而引發擁塞，無法保證SLA，而對于5G網絡切片來說，實現性能的保障和資源的硬隔離是關鍵需求，尤其對一些要求高可靠通信服務的行業應用來說更是如此。因此實現硬切片就很關鍵。

一種方式是靈活以太網技術FlexE技術，FlexE技術在承載設備的MAC和PHY層之間定義一個FlexE shim子層，對物理端口帶寬進行基于時間片的切分。即在大管道物理端口上通過FlexE的時隙復用劃分出若干個子通道端口，把這些子通道端口切片劃分網絡切片的不同切片中，通過硬件的時隙復用實現各個切片之間的業務在轉發層面上完全隔離。比如50GE端口，分為10個時隙，每個時隙帶寬為5G，按照5G顆粒倍數進行帶寬分配（目前宣稱實現的最小粒度是1G）。每個FlexE切片都有獨立MAC地址，相當于每個切片都是一個物理端口，切片之間是硬隔離互不影響。除了將大顆粒的傳輸端口切分為小顆粒的承載切片以外，也可以將其綁定為更大顆粒的承載切片，如將兩個50GE端口綁定實現100GE的切片，支持承載帶寬的精細化經營。

還有一種信道化子接口技術，該技術作用于承載設備的TM模塊，基本原理是根據業務的SLA要求，為每個業務分配相應的硬件緩存資源，采用QoS技術進行緩存調度。該資源獨占緩存資源，實現硬隔離，有效避免流量突發時，各業務爭搶緩存資源導致業務SLA劣化。信道化子接口技術實現切片的最小粒度是1M。

除了多種支持軟硬切片的技術以外，承載網基于SDN架構和編排，實現承載網切片的按需構建和統一調度。

?網絡切片的管理與編排?

在基礎能力篇中我們介紹了5G提供的超高速率、超低時延、海量連接能力，本篇前面我們則介紹了5G核心網、接入網、承載網在架構和技術上為網絡切片提供了靈活定制和安全隔離的基本手段，如何將這些能力和手段組合利用起來，構建端到端的網絡切片，并進行切片的運維、運營，則需要依靠切片管理系統來實現，3GPP在SA5的標準：TS28.530、28.531、28.532和28.533中定義了管理概念、架構和服務供給。

按照3GPP的定義，網絡切片的管理分為四個階段：準備、調試、運維、退網四個階段：

準備（Preparation）：在準備階段，網絡切片實例不存在。準備階段包括網絡切片模板設計、網絡切片容量規劃、上線引導（On-Boarding）和評估網絡切片需求、準備網絡環境和在創建網絡切片實例之前需要做的其他必要準備。

調試（Commissioning）：調試階段的配置包括創建網絡切片實例。在網絡切片實例創建期間，分配和配置所有需要的資源以滿足網絡切片需求。網絡切片實例的創建可以包括網絡切片實例組件的創建和/或修改。

運維（Operation）：包括激活、監控、性能報告（例如KPI監視）、資源容量規劃、修改和網絡切片實例的去激活。在運維階段中的服務供給涉及網絡切片實例的激活、修改和去激活。

退網（Termination）：退網階段的網絡切片實例配置包括：如果需要，取消非共享組件，并從共享組件中移除網絡切片實例的特定配置。在退網階段之后，網絡切片實例終止并且不再存在。

為了進行切片的管理，5G引入了幾個網絡功能：CSMF（通信服務管理功能）、NSMF（網絡切片管理功能）、NSSMF（網絡切片子網絡管理功能），CSMF接收用戶的通信服務需求，并將之轉化為對網絡切片的需求，向NSMF下發；NSMF將對切片的需求轉化為核心網、接入網、承載網的切片需求，并下發各子網的NSSMF；各NSSMF將需求轉化為對網絡服務的要求，并下發給各子網的NFVO/SDNO/EMS，并由其進行資源檢查和切片創建的過程。

?網絡切片管理運維的關鍵能力?

網絡切片的編排、管理、運維涉及到多個子網絡，需要具備以下幾大關鍵能力：

按需快速設計能力：為了實現網絡切片的快速設計，需要借助豐富的設計模板和可視化的設計技術，降低操作人員的技術門檻，減少設計的時間。

端到端自動開通能力：拉通各子網絡，快速、自動完成資源核查和分配、參數配置、連接建立和服務提供。

端到端性能監控能力：網絡切片需要給用戶提供可保障/確定性的通信服務能力，因此需要對關鍵的時延、帶寬、可靠性等指標進行端到端的監測。

智能分析和保障能力：網絡切片需要實現運行情況和服務質量的智能分析和動態預測，當可能出現問題的時候，提前干預，基于性能監控和自動部署能力，對網絡進行預測性維護，保障網絡切片的SLA符合性。

安全隔離能力：除了各子網絡均提供多種隔離手段外，網絡切片管理也需要實現從NFVI、應用到管理的分層安全隔離，保障網絡切片的安全。

豐富的用戶側能力：網絡切片的主要意義在于為垂直行業提供了切片即服務（NSaaS）的能力，便于行業將切片提供的通信服務、公有云提供的云服務、MEC提供的邊緣計算服務等與企業自身的IT架構和應用集成起來，實現數字化轉型，因此網絡切片通過API的方式向行業提供能力開放是能否成功應用功能的關鍵能力。

END

|?作者：無界

「5G行業應用」特邀專欄作家，超15年TMT從業經歷，長期關注通信、信息技術和相關產業領域，對5G、人工智能、物聯網等關鍵使能技術及其對行業數字化轉型的相互作用有深入洞察。

下期預告

下期推出《5G最新進展深度解析——國內市場篇》，敬請期待。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的5G网络切片的七种武器（三）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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