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1、5G网络切片技术及应用展望网络切片技术及应用展望2020年3月软件开发部ChinaUnicom Confidential 目录2ChinaUnicom Confidential 什么是“切片”在同一个物理网络上构建端到端、按需定制和隔离的逻辑网络,提供不同的功能、性能、成本、连接关系的组合,支持独立运维,为不同的业务和用户群体提供差异化的网络服务。ChinaUnicom Confidential 5G时代业务需求多样化p 业务需求的多样性为运营商带来了巨大的挑战,无法通过一张网络来满足彼此之间差异巨大的业务需求。p 通过网络切片满足网络服务与成本效益的平衡,灵活支撑多元化应用的SLA需求。业务
2、多样性能力开放快速热上线网络隔离自动扩/缩容ChinaUnicom Confidential 行业客户通信网络的三种选择专网模式建设运维成本高传统互联网模式轻资产与网络解耦,无差异化保障合作模式寻求运营商差异化服务,提升自身竞争力切片即服务:专网企业、互联网企业都希望其部分业务获得运营商网络的差异化服务,这就是合作模式开始引入运营商网络承载部分企业业务开始在游戏、视频领域引入差异化专用频谱方式:高成本、低带宽央视4K直播租用卫星链路电网创新业务光纤/230难以满足免费频谱方式:质量难以保证郑大一附院Wi-Fi视频监控卡顿Wi-Fi多用户性能降价明显按需定制逻辑子网,切片运营ChinaUnico
3、m Confidential 切片通过产商品方式为租户提供差异化服务B2BB2C切片商品租户使用网络能力基础设施业务切片模板业务切片实例4K直播游戏加速远程控制智能电网xx云游戏加速xx建设的远程控制挖掘机南方电网广州分公司央视4K直播咪咕年会4K直播大带宽多连接时延语音5G套餐-VIPVIP用户5G套餐-普通普通用户B2HFWA套餐家庭宽带用户视频/IPTV流量ChinaUnicom Confidential 目录7ChinaUnicom Confidential 各部分协同构建E2E 5G网络切片系统核心网切片实现l按需部署在多级DC的5GC网络功能,构成CN切片l用户面UPF根据场景时延
4、需求,可以灵活下沉部署l控制面NFs可跨切片共享承载切片实现l5G承载SDN化,虚拟为多张虚拟网络,区分转发性能需求。l根据场景QoS、时延等需求,在相应虚拟网络上建立面向业务的连接隧道,构成BN切片。无线切片实现l共享式无线切片,用户会话根据切片标识,选择配置参数包进行配置,实现不同空口特性。l独占式无线切片,通过划分不同频段,构成物理隔离的切片。终端感知切片l5G终端预置/获取切片标识,并与具体应用APP关联。l应用会话建立时,上传切片标识,5GC根据用户签约切片信息,选择相应切片建立会话。ChinaUnicom Confidential 5G终端选择网络切片机制Subscribed-NS
5、SAI UE#1 : eMBB,uRLLC;UE#2: mMTC,eMBB切片1切片2APP1APP25G云化核心网 一个UE能够同时支持1-8个网络切片 UDM提供UE签约NSSAINSSP(切片选择策略)Traffic filter1: App=App1, Slice Info: eMBB;Traffic filter2: App=App2, Slice Info: uRLLC PCF提供APP切片选择策略NSSFNRFPCFAMFSMF获取用户可用NSSAI获取用户切片NSSP 终端开机注册获取可用NSSAI和NSSP信息APP2APP1切片选择策略匹配用户可用NSSAI匹配 终端根据当
6、前使用的APP申请接入的切片类型5G终端 5GC请求eMBB切片5G云化核心网UPFChinaUnicom Confidential UE会话建立时NSSP的应用S-NSSAI(e.g. eMMB_微信)AMFNSSFNRF, NSI ID S-NSSAInon-roaming/LBO roaming/HR roaming indicationTAI, PLMN ID(of SUPI)NSSPAllowed NSSAINRFAPP1APP2SMF Service NAMES-NSSAI, NSI IDPLMN ID , DNNSMF FQDN or IP SMFUPFSlice1u UE: 会
7、话建立时,根据APP1(微信)的信息在NSSP中选择合适的S-NSSAI1,并且在Allowed NSSAI中检测是否存在。u AMF: 通过NSSF/NRF选择服务S-NSSAI的切片实例ID(NSI ID ),以及切片中选择合适的SMF实例(FQDN or IP)。u SMF: 结合S-NSSAI/NSI,DNN等选择UPF。UEChinaUnicom Confidential 切片经营示例-B2B2C终端用户游戏厂商运营商订购MBB套餐订购游戏加速切片订购游戏加速增加切片成员手机(NSSP)所有应用-MBB缺省切片手机游戏APP-游戏加速切片其他应用-MBB缺省切片付费付费应用切片标识D
8、efaultS-NSSAI0更新用户签约信息发送NSSP游戏APP(APP ID)切片实例化分配切片标识APP ID/S-NSSAI-1更新用户签约信息发送NSSPAPP ID:S-NSSAI-1Default:S-NSSAI-0ChinaUnicom Confidential 3GPP对无线侧切片的要求050601020304单个RAN节点可以支持多个切片,对于每个支持的切片,RAN应该可以自由的应用最佳的RRM策略RAN资源管理RAN应支持切片之间的资源隔离,RAN如何支持切片资源独立依赖于实现切片资源独立在UE同时与多个切片相关联的情况下,仅应保持一个信令连接,网络侧可以支持上百个切片,
9、UE最多同时支持不超过8个切片UE同时关联多个切片RAN应支持对预先配置的不同网络切片下的流量进行差异化处理,RAN如何支持切片依赖于实现RAN感知切片初始接入时,RAN根据UE提供的Slice ID选择CN,后续接入时,RAN根据UE提供的Temp ID选择CNRAN选择CN实体某些切片可能仅在部分网络中可用,gNB能够感知相邻gNB支持的切片有利于频间移动性切片可用性ChinaUnicom Confidential 无线侧切片处理机制AMFSMFUPFUPFRANNSSFInitialAMF AMF选择和重选UDMPCF传输网络映射SMFSLA监控和保障PEPESlice1Slice2Sl
10、ice3VLAN1VLAN2VLAN3 资源管理u 无线:每个DU/CU的切片对应一个VLANu 传输:不同的VLAN ID,传输的PE设备接收到后,映射到不同的VPN隧道RAN支持对预先配置的不同网络切片下的流量进行差异化处理,不同的切片有不同的优先级RAN感知切片RAN选择CN实体初始接入时,RAN根据UE提供的预配置NSSAI选择CN,后续接入时,RAN根据UE提供的可用NSSAI选择CNRAN资源管理单个RAN节点可以支持多个切片,对于每个支持的切片,RAN可以自由的应用最佳的RRM策略,可以按策略预占资源(RB)或者多个切片按照优先级抢占资源(RB)ChinaUnicom Confi
11、dential 承载支持不同程度的通道隔离HQoS: 队列内调度,没有隔离FlexE: 物理时隙级隔离50GbpsFlexE A: 5GbpsFlexE B:15GbpsFlexE C:30GbpsFlexE本质是不同的时频资源50Gbps各种业务混合使用,基于IP包交换,彼此可以有优先级,敏感业务易受突发拥塞影响严格按带宽分配、隔离;不同硬管道可以有不同的复用比,扩容策略;硬通道内不同用户仍可使用优先级体现差异ChinaUnicom Confidential 灵活的切片NF部署方案AMFSMFUPFUPFUPFSMFUPFAMFUDMSMFUPFUPFAMFSMFUDMAUSFPCFGROU
12、P A:u控制面和用户面网 元都不共享。GROUP B:u部分控制面网元共享。u用户面和其他控制面网元不共享。GROUP Cu所有控制面网元共享u用户面网元不共享视频监控移动宽带驾驶助手地图下载PCF远程医疗应用场景GROUP A:安全 隔离要求高、成本 敏感度低,如远程 医疗、电力监控。GROUP B: 隔离要 求相对低,节约成 本,终端要求同时 接入多个切片,如 辅助驾驶的同时下 载地图、音乐等。GROUP C: 隔离要 求低,成本低、终 端要求同时接入多 个切片,如同时上 网、看视频等。Slice1Slice2Slice3Slice4Slice5Slice6Common CPUDMNSS
13、FNRFCommon CPPCFAUSFNSSFNRFChinaUnicom Confidential 按需定制满足不同场景的需求RAN NSSMFTN NSSMFCN NSSMFNSMF(分配 NSI、S-NSSAI)CSMF(Portal)切片隔离度需求(Isolation Level)TNUEANCN隔离要求高中低创建物理隔离切片,专用S-NSSAI分配逻辑隔离切片,专用S-NSSAI分配共享切片,专用S-NSSAI隔离要求(高/中/低)直接影响资源消耗与资费标准,需要根据企业需求定制备注:1 个NSI对应多个S-NSSAITNUEANCNTNUEANCNChinaUnicom Conf
14、idential 统一的E2E切片管理系统p 切片经营关键字:灵活性、多场景、实时、自动化、智能化p 构建运营商切片业务管理平台,对各专业子切片实现统一编排管理,构建面向客户的E2E切片服务CSMF(网络切片运营)(网络切片运营)受理Portal客户经理运营人员能力开放(API)第三方系统(大型企业自有系统/APP)自有系统(OSS 2.0、BSS等)自服务Portal企业用户运营Portal切片性能监控网络资源评估切片模板管理切片开通NSMF(网络切片管理)(网络切片管理)切片编排管理切片告警监控切片模板目录切片网络设计切片模板管理切片实例监控切片资源管理切片编排与开通无线网NSSMF传输网
15、NSSMF核心网NSSMF切片模板设计商品管理 商品删除商品创建订单管理 商品开通商品订购计费系统 账单管理切片计费成员管理 成员删除成员开通业务监控 成员监控切片监控#1ChinaUnicom Confidential 切片全生命周期管理和业务流程创建监控优化统计释放ChinaUnicom Confidential 切片关键SLA参数可根据表中切片SLA参数,组合设计和部署不同的网络切片,满足各行业的需求优先级(由高到低)SLA参数参考取值参数分析1切片类型1-eMBB;2-mMTC;3-URLLC;4-V2X通过类型(SST)确定切片的总体组网架构2覆盖区域1 - 全国;2- 省;3- 地
16、市;4-园区UE可以接入特定网络切片的区域;对于园区使用TA List表示覆盖区域; 根据区域确定需要部署的数据中心。3安全隔离1-隔离一级;2-隔离二级;3-隔离三级;4-隔离四级具体实现为:不同DC 、不同物理机、不同虚拟机和无要求;4数据接入0-互联网;1-VPDN;2- 本地接入;3: 专线用户数据流向互联网、专网、本地网络。5E2E时延110ms;1050ms;50100ms(默认)根据时延,进一步选择数据中心部署的位置6可用性99.999%;99.9999%电信级业务一般是5个9,这里重点考虑网元的容灾方式,例如Pool、1:1、1+1和N+M部署方案等。7用户数/终端数xxx万根
17、据用户数/终端数及网元的最大容量,计算可能部署的网元的个数,比如 2个AMF, 3个 SMF。 8激活用户数(SAU)xxx万根据用户数/终端数及网元的最大容量,计算可能部署的网元的个数,比如 2个AMF, 3个 SMF。 9用户速率(上下行)xx M按速率分档,步长50M,50M、100M、150M根据用户速率和激活用户数,计算总的带宽,估算需要的UPF个数,比如 4个UPF。10切片共享方式Group A;Group B;Group C确定切片中的哪些网元与其其它切片共享。ChinaUnicom Confidential 切片SLA监控E2E切片呈现每个切片SLA指标每个切片统计分析单域切
18、片呈现在线用户数E2E上下行吞吐率单域上下行吞吐率吞吐率分布占比在线用户分布分布统计.均值&TopN上下行平均速率平均在线用户数无线小区切片级吞吐率承载云核VPN业务上下行吞吐量丢包率抖动用户数上下行吞吐率下钻多切片整体统计总实例数总在线人数总上下行吞吐率.签约用户数E2E时延时延分比占比时延TopN用户列表总签约用户数来源于腾讯/电网等测试项目交流ChinaUnicom Confidential 目录21ChinaUnicom Confidential 典型场景:新媒体赛事直播切片需求5G 上 行 , 50Mbps 4K信号直播云现场直播信号优先利用切片上行5G切片切片CPE 1CPE 25
19、G下行 20Mbps 4K信号机顶盒和4K显示屏现场观众使用下行带宽资源p 现场专网保障多机位、移动摄像 机,实现多视角个性化直播p 替代昂贵的卫星和专线上行转播信号(传统卫星价格昂贵)p 现场工作人员指挥调度网络切片隔离(指挥、安全、监控、医 疗、后勤等)p 现场密集用户的网络服务进行区分小算盘中国一年: 马拉松1100场每场保障(VIP、管理 三大球赛1000场专网)收入按50万计 演唱会2000场算,运营商可拓展收入为20亿 转播媒体切片1:赛场地点范围、时间、摄像头个数,转播车、本地带宽需求、时延需求、上传带宽需求 工作人员切片2:人员数量、设备类型(对讲、监控摄像头)和数量、带宽需求
20、 VIP观众切片3:VIP数量、带宽需求赛事服务需求切片设计方案ChinaUnicom Confidential 典型场景:工业园区小微型切片专网工厂/园区5G基站工厂工厂/园区网园区网 业务服务器业务服务器园区数据报文公网数据报文普通手机上网普通手机上网控制箱摄像头AGV传感器RFID终端机机械臂预测性维护预测性维护质量智能分析预测质量智能分析预测智能排产智能排产/产能预测产能预测实时控制实时控制/决策支持决策支持工厂工厂/园区的终端设备园区的终端设备.UPFSMFUPFSMF5GCSMFeMBBmMTCSMFUPF工业园区小微切片工业园区小微切片5GCeMBBURLLC运营商公共切片运营商
21、公共切片互联网互联网UPFChinaUnicom Confidential 典型场景:车联网需要多种类型的5G切片车联网5G网络需求2025年车辆全部联网,全球市场规模8300亿美元更高效5G车车/车路协同,交通流量大增更安全5G+自动驾驶+行人警告,安全性更高更舒适5G+V2N,更多工作娱乐可能更绿色5G+共享无人车,乘用车大幅减少埃森哲5G促进车联网行业发展车车通信碰撞告警,车辆编队等,安全刹车距离厘米级,时延 5ms,可靠性99.999%车路协同交通信息广播,信号灯预警,提高交通效率,预防拥堵。时延10ms行人告警减少交通事故,时延10ms车上娱乐高清视频,游戏,地图导航,带宽100M1
22、GbpsChinaUnicom Confidential 车联网切片方案示例自动驾驶网络切片车联网企业,租用电信运营商1G带宽,5ms时延,5个MEC-DC切片,覆盖广州-深圳高速公路沿途87个TA广州-天河深圳-罗湖娱乐网络切片租用电信运营商5G带宽,100ms时延切片,核心DC 100T存储算力,覆盖高速公路沿途87个TA车辆辅助驾驶切片租用电信运营商1G带宽,100ms时延,具备防攻击篡改高安全等级切片,覆盖高速公路沿途87个TAS1S2S3自动驾驶切片IN高速娱乐网切片IN进入车联网范围中途故障发生车辆辅助驾驶切片IN离开车联网范围自动驾驶切片OUT高速娱乐网切片OUT车辆辅助驾驶切片OUT车联网企业自动驾驶切片监控高速娱乐网切片扩容车流量增多,2C用户增多收缩车流量减少,2C用户回落高速娱乐网切片计费高速娱乐网切片ChinaUnicom Confidential 典型场景:智能电网多样化5G业务需求生产控制区 生产非控区 II生产管理区 III信息管理区 互联网+业务电力用户时延要求可靠性要求电力信息通信安全分区外部谢谢!谢谢!