中国联通5g网络切片白皮书

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1、 中国联通 5G 网络切片白皮书 中国联合网络通信有限公司网络技术研究院 2018 年 6 月 中国联通 5G 网络切片白皮书 I 版权所有 中国联通网络技术研究院，2018 目 录 1 引言 . 1 2 5G 网络切片需求及挑战 1 2.1 市场发展需求 1 2.2 网络挑战分析 2 3 5G 网络切片关键技术要求及解决方案 . 3 3.1 5G 网络切片整体架构 . 3 3.2 E2E 网络切片技术要求 4 3.2.1 核心网子切片技术要求 . 4 3.2.2 无线网子切片技术要求 . 6 3.2.3 传输网子切片技术要求 . 8 3.2.4 切片编排管理系统技术要求 . 9 4 5G 网

2、络切片商业形态重构分析 11 4.1 5G 网络切片对业务及商业形态的影响 11 4.2 5G 网络切片典型业务场景及需求 12 4.2.1 自动驾驶 . 12 4.2.2 增强现实 . 13 4.3 面向 5G 网络切片的网络演进及业务需求对接规划 14 5 总结和展望 . 16 中国联通 5G 网络切片白皮书 1 版权所有 中国联通网络技术研究院，2018 中国联通 5G 网络切片白皮书 1 引言 5G 时代，移动通信技术将成为社会数字化发展的强力催化剂，未来的移动通信将进一步发展并触及各种垂直行业，如自动驾驶、制造业、能源行业等，并持续在金融业、健康护理等目前移动通信已有涉及的行业进一步

3、深入发挥作用。 移动通信网络潜力的进一步挖掘就取决于这些垂直行业提出的多样化的业务需求。 但业务需求的多样性同样为运营商带来了巨大的挑战， 如果运营商遵循传统网络的建设思路， 仅通过一张网络来满足这些彼此之间差异巨大的业务需求， 那么对于运营商来说将是一笔成本巨大同时效率低下的投资。基于这样的需求，网络切片技术应运而生，通过网络切片，使得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，来满足不同客户对网络能力的不同要求。 由此，通过基于 5G 服务化架构的网络切片技术，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，最

4、优化运营商的网络建设投资，构建灵活和敏捷的 5G 网络。 2 5G 网络切片需求及挑战 2.1 市场发展需求 5G 时代将是一个万物感知，万物智能和万物互联的时代。未来不同业务对于网络的要求将是多样化的，例如智能家居、智能电网、智能农业和智能抄表需要大量的额外连接和频繁传输小型数据包的服务支撑， 自动驾驶和工业控制要求毫秒级时延和接近 100%的可靠性，而娱乐信息服务则要求高质量的固定或移动宽带连接。 上述服务需求表明 5G 网络需要更加灵活，以支撑不同业务场景和环境下的差异性连接。 为了适配未来不同业务的需求，5G 网络被寄予了非常高的期望。5G 系统架构的设计将直接影响到未来 5G 网元的

5、性能以及网络能力的开放程度。同时，随着虚拟化技术的不断成熟，未来 5G 网络需要充分实现底层虚拟化带来的挑战和诉求，通过变化上层设计最大程度发挥虚拟化技术的优势。 国际电信联盟 （ITU） 将 5G 时代的业务归纳成三种典型的类型，增强型移动宽带 （eMBB） 、 超高可靠性低时延业务 （URLLC） 和海量机器类通信 （mMTC） 。 中国联通 5G 网络切片白皮书 2 版权所有 中国联通网络技术研究院，2018 图 2-1 5G 业务趋势 2.2 网络挑战分析 随着技术和市场的发展，众多垂直行业将在 5G 时代完成数字化转型，例如德国提出的工业 4.0， 中国提出的中国制造 2025， 以

6、及炙手可热的人工智能技术在全球范围内的应用，都需要借助网络来进行连接，并对网络，尤其是即将到来的 5G 网络，提出了新的挑战。为通过网络切片实现众多垂直领域业务，网络需要实现按需的网络能力和灵活的运行与管理。 按需的网络能力 网络切片是 SDN/NFV 技术应用于 5G 网络的关键服务。一个网络切片将构成一个端到端的逻辑网络，按切片需求方的需求灵活地提供一种或多种网络服务。考虑到 5G 网络能够按照不同客户的需求灵活地划分网络切片，提供多种差异化的网络服务，5G 基础设施平台需要选择由基于通用硬件架构的数据中心构成支持 5G 网络的高性能转发要求和电信级的管理要求，并以网络切片为实例实现 5G

7、 移动网络的定制化部署。 网络切片需要支持运营商，对时延、移动性、可用性、可靠性和数据速率等网络性能提供差异化定制，例如有些情况需要 5G 系统支持的非常高的数据速率或流量密度，而另一些情况需要支持非常低的延迟和非常高的通信服务可用性。 网络切片还需要支持针对公共安全、公司客户、漫游用户或托管 MVNO 等特定用户提供逻辑隔离的网络，并对优先级、计费、策略控制、安全性和移动性等进行功能差异定制。 灵活的运行和管理 切片管理功能有机串联商务运营、虚拟化资源平台和网管系统，为不同切片需求方（如垂直行业用户、虚拟运营商和企业用户等）提供安全隔离、高度自控的专用逻辑网络。 eMBBmMTCURLLCU

8、HD(4K,8K)VRPersonal CloudTactile InternetARSelf-DrivingIndustrial AutomationMission-Critical IoT (eHealth)Smart GridSmart HomeSmart CityReal-time telemetric, sensor networkMachine to machinePerson to machinePerson to person中国联通 5G 网络切片白皮书 3 版权所有 中国联通网络技术研究院，2018 切片选择功能实现用户终端与网络切片间的接入映射。 切片选择功能综合业务签约

9、和功能特性等多种因素， 为用户终端提供合适的切片接入选择。 用户终端可以分别接入不同切片，也可以同时接入多个切片。 用户同时接入多切片的场景考虑到终端实现复杂度， 可对移动性管理等终端粒度的控制面功能进行共享， 而业务粒度的控制和转发功能则为各切片的独立功能，实现特定的服务。 3 5G 网络切片关键技术要求及解决方案 3.1 5G 网络切片整体架构 5G 端到端网络切片是指将网络资源灵活分配，网络能力按需组合，基于一个 5G 网络虚拟出多个具备不同特性的逻辑子网。每个端到端切片均由核心网、无线网、传输网子切片组合而成，并通过端到端切片管理系统进行统一管理。 图 3-1 5G 网络切片整体架构

10、基于服务化架构的核心网支撑切片按需构建 传统基于专用硬件的核心网无法满足 5G 网络切片在灵活性和 SLA 方面的需求。 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。 灵活无线切片和统一空口架构设计适配多样化切片场景 5G 无线网支持 AAU/CU/DU 的灵活切分和部署， 满足不同场景下的切片组网需求。 CU可云化部署方便无线资源的集中管理， 也可下沉与 DU 合一部署降低传输时延，满足低时延场景的需求。同时，统一的空口框

11、架，灵活的帧结构设计支持切片无线资源的灵活分配，配端到端切片 编排管理系统切片全生命周期管理 PNF/VNF统一编排 切片运维智能化 切片能力开放/自运营URLLCeMBBmMTCMECvCN-UvCDNDU/CUCU AAU服务化架构，分布式部署 统一空口，支持切片MECvCN-UvCDNCUvCN-UvCN-C边缘DC接入机房区域/本地DC中国联通 5G 网络切片白皮书 4 版权所有 中国联通网络技术研究院，2018 合 Massive MIMO，MUSA，Mini-slot 等关键创新技术，实现不同切片场景下对空口的差异化需求。 SDN 化传输网配合多层次切片技术灵活构建传输切片 传输网

12、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。网络切片面向网络拓扑资源的虚拟化，构建虚拟网络(vNet)。支持多层次的切片隔离技术，如 FlexE、LDP LSP、 RSVP-TE 隧道、 VLAN 等技术， 满足不同隔离要求下的切片需要。 FlexE， FlexO等创新技术的采用使得虚拟网络/切片具备刚性管道能力，满足高隔离要求下的底层快速转发。 SDN 架构的层次化控制器，实现物理网络和切片网络的端到端统一控制和管理，从而满足不同类型切片业务对传输的要求。 端到端切片编排管理实现模型驱动的切片运营 切片给网络带来灵活性的同时也增加了管理的复杂性， 需要统一的智能化系统实现切片

13、的端到端编排管理。电信级 DevOps 平台跨越切片的设计域和运行域，实现从设计、测试、部署到运行监控， 以及动态优化的切片全生命周期管理自动化闭环。 平台具备拖拽式的切片设计环境，自动化端到端编排部署，AI 增强的自动运维，通过全流程模型化驱动，实现业务需求和网络资源的灵活匹配，满足客户的快速定制和部署需求。 3.2 E2E 网络切片技术要求 3.2.1 核心网子切片技术要求 5G 核心网支持灵活的切片组网，基于微服务的网络切片构建，以及切片的智能选择、切片的能力开放、4/5G 切片互通、切片的多层次的安全隔离等关键技术要求。 图 3-2 核心网切片参考组网 切片的灵活组网 NSSFDN1D

14、N2切片共享 NF PDU session 3#UPFSMFUPFSMFUPFAMFUDMUDSFUDRPCFNRFPDU session 2#PDU session 1#按PLMN部署NF 切片专属 NF SMFAUSF中国联通 5G 网络切片白皮书 5 版权所有 中国联通网络技术研究院，2018 根据 SLA、成本、安全隔离等需求，核心网切片支持 GROUP A，B，C 等多种共享类型进行灵活的组网。其中 GROUP A 是媒体面和控制面网元都不共享，其安全隔离度高、对成本不敏感，适用于远程医疗、工业自动化等场景；GROUP B 是部分控制面网元共享，媒体面和其他控制面网元不共享，其隔离要

15、求相对低，终端可同时接入多个切片，适用辅助驾驶、车载娱乐等场景；GROUP C 是控制面网元共享，媒体面网元不共享，隔离要求低，对成本敏感，适用手机视频、智能抄表等场景。 切片典型组网是NSSF 和NRF 作为 5G核心网公共服务， 以PLMN为单位部署； AMF，PCF，UDM 等 NF 可以共享为多个切片提供服务；SMF、UPF 等可以基于切片对时延、带宽、安全等的不同需求，为每个切片单独部署不同的 NF。 基于微服务的切片快速构建 5G 核心网支持灵活组合 3GPP 定义的标准 NF 服务和公共服务。在可视化界面上，可通过将各类服务拖拽组合的方式灵活编排 NF， 再将 NF 组合成需要的

16、网络切片， 如 eMBB、URLLC、mMTC 等切片。每个服务支持独立注册，发现和升级，从而更便于满足各垂直行业的定制需求。 图 3-3 基于微服务快速构建网络切片 切片的智能选择 5G 核心网切片主要采用 NSSF 实现切片的选择。NSSF(Network Slice Selection Function)支持基于 NSSAI(Network Slice Selection Assistance Information)、位置信息、切片负荷信息等各种策略，智能化的选择切片。基于位置信息可以实现全国、省市等大切片的部署，也可以实现如工业园区、奥体中心、智慧小区等小微切片的部署。同时，5G 核心网支持通过 NWDAF(Network Data Analytics Function)实时采集网络切片的性能指标， 如用户数、当前吞吐量、平均速率等，NSSF 从 NWDAF 获取相关的数据并结合