通信世界網消息（CWW）5G網絡切片是5G 獨立組網（SA）的標誌性技術之一，也是5G賦能垂直行業的重要利器。2020年我國運營商、研究機構、設備商和產業各界全面啟動了5G網絡切片的系列技術規範研製、切片管理系統研發、端到端測試驗證和行業應用試點工作。由於端到端網絡切片涉及面向行業客戶的業務運營、多專業的網絡協同規劃以及管理和運維等多方面工作，因此需要聯合研究和解決一些關鍵技術和應用問題，從而推動5G+垂直行業融合業務的應用推廣。
5G端到端網絡切片架構和關鍵問題分析
5G網絡切片是提供特定網絡能力的端到端邏輯專用網絡，由無線（AN）、承載（TN）和核心網（CN）3個專業的子網絡切片實例組成，5G端到端網絡切片架構如圖 1所示。網絡切片在業務域需實現AN-TN以及TN-CN之間在數據轉發麵的對接標識互通和端到端服務等級協議（SLA）保障。網絡切片的管理域分為3層，通信服務管理功能（CSMF）與運營商的業務支撐系統（BSS）集成在一起，負責切片業務運營；網絡切片管理功能（NSMF）和運營支撐系統（OSS）一起配合實現端到端網絡切片的規劃、部署和運維功能；各專業的網絡子切片管理功能（NSSMF）分別與各自的管控系統配合實現子網絡切片的管理和運維。
為了支撐5G端到端網絡切片面向廣大垂直行業的規模應用，業界需重點推動兩方面工作：一是在業務域實現各子域的網絡切片對接標識和優先級等信息互通，並支撐管理域實現端到端SLA性能指標的分解和保障；二是在管理域實現網絡切片的協同規劃和管控運維，需重點推動NSMF功能規範和系統研發，以及NSMF與各專業NSSMF之間的標準北向接口（NBI）及其信息模型的統一，從而實現切片全生命周期的管理運維並推動AN-TN-CN的異廠家互通。
為推動相關標準化工作，2019年12月，CCSA成立了5G網絡端到端切片特設項目組，目前已召開五次工作組會議，審議通過了《5G網絡切片 端到端總體技術要求》、《5G網絡切片 基於切片分組網絡（SPN）承載的端到端切片對接技術要求》、《5G網絡切片 基於IP承載的端到端切片對接技術要求》三項行標送審稿和《5G網絡切片 服務等級協議（SLA）保障技術要求》的徵求意見稿，並正在開展《5G網絡端到端切片標識研究》和《5G網絡切片SLA控制技術研究》兩項課題。
圖1 5G端到端網絡切片架構
通過分析近期開展的5G端到端網絡切片測試驗證情況，各廠家的網絡切片協同管控功能還處於初級階段，需重點解決以下三大關鍵問題，才能提升切片業務快速開通和端到端SLA保障等業務運營能力，全力支撐5G+垂直行業的應用推廣。
第一，推動開發網絡切片的動態資源規劃和自動編排能力。目前支持情況是根據業務的SLA需求，採用在NSMF上人工選擇事先規劃好的切片模板方式實現靜態規劃和編排，或者手工輸入切片業務的最大並發連接數、帶寬、時延、隔離需求和可靠性等性能指標參數，並且這些參數配置並不能與承載網絡資源的相關帶寬配置和真實的時延性能匹配。後續應推動開發支持網絡沙箱仿真系統和SLA性能監測數據的智能分析功能，來支撐各類切片模板的動態規劃和自動編排能力。
第二，推動統一規範NSMF和TN-NSSMF之間標準北向接口功能要求和信息模型。目前該接口沒有可參考的國際標準規範，主要是各運營商協同設備商來規範NSMF和TN-NSSMF功能規範以及之間的北向接口信息模型，CCSA的相關TC和5G網絡切片特設組已在今年陸續推動相關行標研製，後續需加強協調，統一規範共性功能要求和接口規範，有利於產業協同發展。
第三，支持端到端時延等SLA指標科學分解和網絡切片性能的智能化運維能力。對於工業控制和車聯網等要求確定性低時延和高可靠性的垂直行業客戶，需要結合業務的源宿節點涉及的承載網絡規模，利用網絡層和業務層OAM實現高精度的單向時延等性能監測，來評估承載子網絡切片的時延實際滿足業務情況，從而實現端到端時延指標的科學有效分解。目前端到端網絡切片的測試主要依賴5G手機終端和核心網之間FTP下載等數據業務來驗證帶寬和時延性能，測量結果受無線空口環境影響較大，並且缺乏跨域無線、承載和核心網的端到端OAM機制實現性能監測。因此需提升端到端切片性能監測和智能化運維能力，推動開發端到端高精度的OAM機制和性能測試工具來驗證不同隔離特性、優先級和保護方案配置的網絡切片配置對各類5G業務性能的影響，更好支撐端到端SLA保障。
支撐5G+垂直行業的承載網絡切片技術和服務類型
為了支撐面向5G+垂直行業的網絡切片服務，基於SPN的5G承載網絡正在推動開發和增強的關鍵技術包括以下4個方面。
一是支持不同資源隔離特性。5G承載網絡切片資源分為預配置的網絡接口資源和按需配置的VPN業務資源。FlexE/MTN接口和MTN通道具備硬隔離特性，分組隧道、VPN和QoS調度屬於軟隔離，兩種資源可以一對一專用，也可以一對多復用。
二是支持靈活帶寬調整能力。根據業務需求提供支持不同顆粒度的網絡帶寬配置，並支持在線帶寬調整以及高精度的時延、丟包等性能監測能力；針對垂直行業中10Mbit/s~100Mbit/s帶寬需求的工業控制等高隔離和高可靠性業務需求，需要推動承載網絡統一開發支持N×10Mbit/s~100Mbit/s的小顆粒技術方案，並支撐現網平滑升級演進。
三是具備確定性低時延特性。對於採用MTN接口和MTN通道的TDM時隙隔離的網絡切片，在入口不擁塞情況下，接入匯聚和核心的SPN設備分別具有小於3us或10us轉發時延和小於1us的抖動性能。對於採用分組隧道的VPN+QoS軟顆粒的網絡切片，可增強QoS隊列調度機制和IEEE 802.1的TSN技術方案，提升分組轉發的確定性時延性能。
四是按需提供高可靠性。承載網絡支持多種小於50ms的電信級網絡保護技術和抗多點故障的秒級動態路由恢復技術，對於提出99.9999%超高可靠性要求的智能電網、工業控制和車聯網等業務，需要綜合配置多種網絡保護、設備和關鍵板卡的冗餘保護方案來實現超高可靠性保障。
承載網絡應重點提升切片資源的按需動態配置和智能化運維能力，為行業客戶提供與其SLA相匹配的優享、專享和尊享級別SPN承載網絡切片服務類型，具體如表1所示。
表1 基於SPN的5G承載網絡切片服務類型、特性和典型應用場景
5G+智能電網的SPN網絡切片技術應用方案
5G+智能電網主要分為電力生產控制類Ⅰ區、生產非控制類Ⅱ區、生產信息類Ⅲ區和信息管理類Ⅳ區共四大類業務，具體業務包括配電網差動保護、同步相量測量（PMU）、智能化的配電自動化、用電負荷需求側響應、智能巡檢和設施運行狀態監測等。按照其四大類業務的承載需求特性和典型組網，圖2給出了5G+智能電網的SPN承載網絡切片組網應用方案。
圖 2 5G+智能電網的SPN承載網絡切片組網應用方案
5G+智能電網的SPN網絡切片應用方案建議如表2所示。一方面，按照電網的分區隔離要求，電網I、II區和Ⅲ、Ⅳ區業務分別採用兩個FlexE/MTN通道實現硬切片隔離，為5G終端、繼電保護設備到5GC-U（電力專用）提供高安全隔離、確定性低時延和低抖動等SLA性能保障；另一方面，電力視頻監控和信息採集是電網的重要信息管理類業務，通過專享切片中不同的專用VPN承載，實現不同業務之間的軟隔離，不同VPN業務間可通過優先級實現QoS調度，保障高優先級業務的帶寬和時延性能。
表2 5G+智能電網的SPN網絡切片應用方案建議
5G網絡切片重點推動工作建議
5G網絡端到端切片服務能力需持續提升，重點推動各專業協同拉通自動化配置流程、SLA指標分解、SLA監測保障和智能化運維能力，並與垂直行業應用需求密切結合，提出功能易用、性能可靠和運維方便的網絡切片服務業務。5G承載網絡需重點推動網絡切片資源的動態規劃和差異化SLA配置模板設計，特別是面向確定性低時延和超高可靠要求的生產控制類業務，要推進研發支持小顆粒硬管道技術、高精準時延和丟包性能監測、業務無損保護和智能化運維保障等重點工作，協同推動技術方案的統一標準化、晶片和設備的產業化及規模商用進程，支撐5G網絡切片服務成為賦能垂直行業發展的重要利器。