5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在國家電網(wǎng)中的應(yīng)用探討

梁雪梅

【摘? 要】首先介紹了網(wǎng)絡(luò)切片的概念和端到端切片生命周期管理架構(gòu)，然后分析了電力行業(yè)被選作首個(gè)垂直行業(yè)實(shí)施切片試驗(yàn)的原因，探討了幾種典型業(yè)務(wù)場景的具體需求和相應(yīng)的切片部署架構(gòu)，最后對網(wǎng)絡(luò)切片的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展、后續(xù)需研究的技術(shù)重點(diǎn)進(jìn)行了闡述。研究表明，以國家電網(wǎng)為代表，5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以使能垂直行業(yè)。

【摘? 要】網(wǎng)絡(luò)切片;端到端切片生命周期管理架構(gòu);業(yè)務(wù)隔離;比特+瓦特

1? ?引言

ITU為5G定義了三大主要應(yīng)用場景：一是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB），其具有大帶寬、廣覆蓋的特點(diǎn)，用戶體驗(yàn)速率可達(dá)到100Mb/s～1Gb/s，可以實(shí)現(xiàn)超高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和高速移動(dòng)環(huán)境的極致體驗(yàn);二是大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC），具有低功耗、大連接的特點(diǎn)，能支持每平方公里100萬的連接，實(shí)現(xiàn)高密度的人與物、物與物之間的信息交互，助力物聯(lián)網(wǎng)新變革;三是超可靠和低時(shí)延通信（uRLLC），具有低時(shí)延、高可靠的特點(diǎn)，5G毫秒級的接入時(shí)延堪稱無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)控制、手術(shù)機(jī)器人的神助手。

可以說，任何一個(gè)場景都可以看作是這三大主要應(yīng)用場景的加權(quán)之和，實(shí)現(xiàn)了這三大主要應(yīng)用場景的通信需求，就可以實(shí)現(xiàn)任何一個(gè)場景的通信需求。

2? ?網(wǎng)絡(luò)切片的概念

作為5G移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，網(wǎng)絡(luò)切片一直倍受關(guān)注?；谔摂M化技術(shù)，將一張5G物理網(wǎng)絡(luò)在邏輯上切割成多張?zhí)摂M的端到端網(wǎng)絡(luò)。每張?zhí)摂M網(wǎng)絡(luò)之間，包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、無線網(wǎng)，都是相互隔離的，都是邏輯獨(dú)立的，任何一張?zhí)摂M網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)都不會(huì)影響到其它虛擬網(wǎng)絡(luò)。

5G的“網(wǎng)絡(luò)切片”技術(shù)根據(jù)應(yīng)用、場景、需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的管理編排，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能的裁剪定制，為客戶自動(dòng)化提供“量身定制”的“專屬”虛擬網(wǎng)絡(luò)，可以滿足差異化SLA（Service Level Agreement，服務(wù)等級協(xié)議）服務(wù)的QoS需求，可以保證不同垂直行業(yè)、不同客戶、不同場景、不同業(yè)務(wù)之間的安全隔離，實(shí)現(xiàn)NaaS（Network as a Service，網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)）。

3? ?5G端到端切片生命周期管理架構(gòu)

根據(jù)3GPP規(guī)范，5G端到端切片生命周期管理架構(gòu)如圖2所示：

5G端到端切片生命周期管理架構(gòu)包括的關(guān)鍵網(wǎng)元功能如下：

（1）CSMF（Communication Service Management Function，通信服務(wù)管理功能）。切片設(shè)計(jì)的入口，承接各種業(yè)務(wù)應(yīng)用需求（如速率、時(shí)延、容量、覆蓋率、QoS、安全性等），轉(zhuǎn)化成端到端網(wǎng)絡(luò)切片需求，下發(fā)到NSMF進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計(jì)。

（2）NSMF（Network Slice Management Function，網(wǎng)絡(luò)切片管理功能）。負(fù)責(zé)NSI（Network Slice Instance，網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例）的管理，接收CSMF對網(wǎng)絡(luò)切片的需求后，產(chǎn)生一個(gè)切片實(shí)例，將它轉(zhuǎn)化成對網(wǎng)絡(luò)子切片的需求，下發(fā)到NSSMF。在網(wǎng)絡(luò)切片生命周期管理過程中，需要協(xié)同核心網(wǎng)、承載網(wǎng)和無線網(wǎng)等多個(gè)子網(wǎng)時(shí)，由NSMF進(jìn)行協(xié)同。NSMF除了負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)切片模板設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例的創(chuàng)建、激活、修改、停用、終止以外，還負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)切片的運(yùn)營管理，包括故障管理、性能管理、配置管理、策略管理、自動(dòng)重配置、自動(dòng)優(yōu)化、協(xié)同管理等。

（3）NSSMF（Network Slice Subnet Management Function，網(wǎng)絡(luò)子切片管理功能）。負(fù)責(zé)NSSI（Network Slice Subnet Instance，網(wǎng)絡(luò)子切片實(shí)例）的管理，接收NSMF對網(wǎng)絡(luò)子切片的需求，將它轉(zhuǎn)換為對網(wǎng)絡(luò)功能的需求。

NSSMF包括CN-NSSMF（Core Network-Network Slice Subnet Management Function，核心網(wǎng)子切片管理功能）、TN-NSSMF（Transport Network-Network Slice Subnet Management Function，承載網(wǎng)子切片管理功能）和AN-NSSMF（Access Network-Network Slice Subnet Management Function，無線網(wǎng)子切片管理功能）。

CN-NSSMF主要負(fù)責(zé)5G核心網(wǎng)子切片實(shí)例的管理和編排，承接NSMF對子切片的管理和編排要求，調(diào)用核心網(wǎng)的MANO（Management & Orchestration，管理編排器）和EMS（Element Management System，網(wǎng)元管理系統(tǒng)）進(jìn)行子切片的管理編排和參數(shù)配置。CN-NSSMF的功能包括子切片模板設(shè)計(jì)、子切片實(shí)例的創(chuàng)建/修改/終止、容量管理、故障管理、性能管理、配置管理、自動(dòng)優(yōu)化、協(xié)同管理等。

TN-NSSMF主要負(fù)責(zé)5G承載網(wǎng)子切片實(shí)例的管理和編排，承接NSMF對子切片的管理和編排要求，調(diào)用承載網(wǎng)的SDNO（SDN Orchestrator，SDN編排器）/SDNC（SDN Controller，SDN控制器）和EMS進(jìn)行子切片的管理編排和參數(shù)配置。TN-NSSMF的功能包括：子切片模板設(shè)計(jì)、子切片實(shí)例的創(chuàng)建/修改/終止、資源管理、故障管理、性能管理、配置管理、自動(dòng)優(yōu)化、協(xié)同管理等。

關(guān)于AN-NSSMF，對于能夠虛擬化部署的網(wǎng)元（如CU等），可以按MANO模式進(jìn)行編排管理。但是由于基站和空口如何進(jìn)行切片尚未形成定論，AN-NSSMF如何進(jìn)行管理還在討論之中。

總之，CSMF、NSMF和NSSMF三者之間協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)端到端網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計(jì)和實(shí)例化部署。

4? ?網(wǎng)絡(luò)切片在國家電網(wǎng)公司的典型應(yīng)用