5G切片技術(shù)在5G toB業(yè)務(wù)中的應(yīng)用研究

方 宇，李若朋，孫 穎，張麗偉，王曉韻

（1.中國(guó)電信集團(tuán)有限公司，北京 100010；2.中國(guó)電信股份有限公司研究院，北京 102209）

0 引言

2019年6月6日，工業(yè)和信息化部正式向中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)廣電等四家運(yùn)營(yíng)商發(fā)放5G商用牌照，中國(guó)成為第五個(gè)正式商用5G的國(guó)家，意味著中國(guó)5G時(shí)代正式來(lái)臨，未來(lái)幾年5G將成為通用的接入方式。

5G豐富的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)運(yùn)營(yíng)商供給側(cè)綜合能力提出了挑戰(zhàn)。ITU定義了5G三大應(yīng)用場(chǎng)景：eMBB （增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、mMTC（海量大連接）、URLLC （低時(shí)延高可靠）。然而不同行業(yè)往往在多個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上存在差異化要求，因此5G系統(tǒng)需要支持帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率，以及安全性、可靠性、可用性等多重、組合式的定制需求。

在5G時(shí)代，產(chǎn)業(yè)端和消費(fèi)端的價(jià)值創(chuàng)造模式將發(fā)生顛覆式改變，新的商業(yè)模式應(yīng)運(yùn)而生，toB的賦能服務(wù)價(jià)值凸顯。網(wǎng)絡(luò)切片作為5G的標(biāo)志性能力，為運(yùn)營(yíng)商拓展垂直行業(yè)領(lǐng)域提供了重要手段[2]。從運(yùn)營(yíng)商自身業(yè)務(wù)升級(jí)角度而言，面向政企客戶提供定制化的5G專(zhuān)網(wǎng)、專(zhuān)線業(yè)務(wù)，是5G網(wǎng)絡(luò)價(jià)值顯性化和產(chǎn)品化的重要發(fā)展方向。基于以上需求分析，中國(guó)電信設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于云網(wǎng)端到端切片技術(shù)的5G 切片專(zhuān)線業(yè)務(wù)。

1 業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)

1.1 業(yè)務(wù)功能

5G切片專(zhuān)線業(yè)務(wù)是基于5G接入提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專(zhuān)線、入云專(zhuān)線等功能的綜合型產(chǎn)品。在帶寬、QoS、拓?fù)?、連接數(shù)量、連接區(qū)域等方面提供可定制的差異化服務(wù)，并可按需實(shí)時(shí)調(diào)整[3]。

5G切片專(zhuān)線業(yè)務(wù)的核心功能是5G網(wǎng)絡(luò)切片與固網(wǎng)專(zhuān)線的端到端協(xié)同，包括5G接入與OTN、IPRAN接入方式組合的點(diǎn)到點(diǎn)專(zhuān)線、入云專(zhuān)線功能，支持多個(gè)5G側(cè)終端共用一條專(zhuān)線。5G切片專(zhuān)線具有以下業(yè)務(wù)特性：

（1）業(yè)務(wù)功能可定制：客戶可選擇專(zhuān)線、入云功能之一或兩者組合，并可在接入方式（固網(wǎng)側(cè)）、接入?yún)^(qū)域、接入終端數(shù)量、保障類(lèi)型等方面按需選擇。

（2）業(yè)務(wù)質(zhì)量可承諾：基于網(wǎng)絡(luò)切片與QoS能力，提供包括5G、骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、云內(nèi)網(wǎng)等部分的端到端業(yè)務(wù)質(zhì)量保證，客戶按需選擇。

（3）業(yè)務(wù)開(kāi)通自動(dòng)化：基于新型運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)跨域端到端業(yè)務(wù)自動(dòng)開(kāi)通和統(tǒng)一交付。

（4）超高安全性：針對(duì)高數(shù)據(jù)安全需求場(chǎng)景，客戶需要使用的網(wǎng)絡(luò)資源、業(yè)務(wù)路由與其他業(yè)務(wù)物理隔離。

1.2 應(yīng)用場(chǎng)景

本業(yè)務(wù)初期主要面向固網(wǎng)專(zhuān)線的幾個(gè)痛點(diǎn)場(chǎng)景（包括但不限于）：一是移動(dòng)性站點(diǎn)場(chǎng)景，客戶終端有移動(dòng)性要求，如戶外直播、移動(dòng)性工程隊(duì)、醫(yī)療隊(duì)、其他移動(dòng)性站點(diǎn)等；二是光纖難以布放的場(chǎng)景， 需要在無(wú)光纖條件實(shí)現(xiàn)專(zhuān)線組網(wǎng)，如高溫車(chē)間、港口碼頭、礦山等；三是對(duì)光纖進(jìn)行備份的場(chǎng)景，滿足客戶通信高可靠性要求，采用5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)線備份。

1.3 業(yè)務(wù)分類(lèi)

5G切片專(zhuān)線業(yè)務(wù)根據(jù)空口保障類(lèi)型和切片類(lèi)型，分為5G優(yōu)享專(zhuān)線、5G尊享專(zhuān)線、5G獨(dú)享專(zhuān)線三類(lèi)，根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景和網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)要求的差異對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)多個(gè)子類(lèi)。

（1）5G優(yōu)享享專(zhuān)線：為客戶提供空口高優(yōu)先級(jí)的點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)和入云服務(wù)，基于Non-GBR類(lèi)5QI 提供空口優(yōu)先級(jí)保障，同時(shí)在承載網(wǎng)、核心網(wǎng)提供QoS協(xié)同，使客戶業(yè)務(wù)在時(shí)延、丟包率、抖動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)方面優(yōu)于普通等級(jí)業(yè)務(wù)[2]?？蛻艨蛇x擇視頻類(lèi)、低時(shí)延類(lèi)、通用類(lèi)保障等三類(lèi)保障服務(wù)。

（2）5G尊享專(zhuān)線：為客戶提供空口保障帶寬的點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)、入云服務(wù)，基于GBR類(lèi)5QI提供空口資源保障，同時(shí)在承載網(wǎng)、核心網(wǎng)提供QoS協(xié)同，使客戶業(yè)務(wù)獲得端到端穩(wěn)定帶寬，并在時(shí)延、丟包率、抖動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)方面優(yōu)于普通等級(jí)業(yè)務(wù)?？蛻艨蛇x擇視頻直播類(lèi)、超低時(shí)延類(lèi)、通用類(lèi)保障等三個(gè)類(lèi)別保障服務(wù)。

（3）5G獨(dú)享專(zhuān)線：指基于客戶獨(dú)享切片開(kāi)通專(zhuān)線業(yè)務(wù)，適用于對(duì)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全高敏感的客戶， 如公安、金融、工業(yè)控制等；或?qū)νㄐ虐踩院捅Ｕ弦蟾叩奶摂M專(zhuān)網(wǎng)客戶。這類(lèi)業(yè)務(wù)基于客戶定制切片提供獨(dú)享的網(wǎng)絡(luò)資源，提高業(yè)務(wù)安全隔離性以及資源自管理能力。

2 實(shí)現(xiàn)方案

5G切片專(zhuān)線業(yè)務(wù)基于云網(wǎng)端到端切片技術(shù)，協(xié)同運(yùn)用5G網(wǎng)絡(luò)切片、端到端QoS、固移云網(wǎng)協(xié)同等網(wǎng)絡(luò)能力，實(shí)現(xiàn)客戶專(zhuān)線業(yè)務(wù)的統(tǒng)一交付和差異化保障。

2.1 技術(shù)實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

5G切片專(zhuān)線業(yè)務(wù)在5G SA核心網(wǎng)中采用DNN 實(shí)現(xiàn)客戶流量之間的隔離，并與不同5G外網(wǎng)隔離通道進(jìn)行對(duì)接，保證客戶業(yè)務(wù)端到端隔離。5G尊享專(zhuān)線和優(yōu)享專(zhuān)線，采用逐段QoS映射實(shí)現(xiàn)端到端質(zhì)量保障，多個(gè)客戶共享一個(gè)端到端網(wǎng)絡(luò)切片；5G獨(dú)享專(zhuān)線，采用5G網(wǎng)絡(luò)獨(dú)享切片，保障客戶在5G網(wǎng)內(nèi)資源獨(dú)享。5G網(wǎng)段與外網(wǎng)段銜接構(gòu)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專(zhuān)線、入云專(zhuān)線等不同場(chǎng)景的專(zhuān)線服務(wù)。

2.1.1 固移協(xié)同組網(wǎng)方案

5G切片專(zhuān)線業(yè)務(wù)將5G網(wǎng)絡(luò)與固網(wǎng)專(zhuān)線相結(jié)合，針對(duì)客戶差異化的業(yè)務(wù)需求，協(xié)同運(yùn)用5G網(wǎng)絡(luò)切片、端到端QoS，通過(guò)融合網(wǎng)關(guān)設(shè)備拼接5G接入側(cè)和固網(wǎng)接入側(cè)，利用OTN、IP RAN的跨域?qū)＞€能力，分別實(shí)現(xiàn)本地、廣域的5G-IP RAN、5G-OTN、5G入云等點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)，以及無(wú)線網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)到固網(wǎng)側(cè)的端到端業(yè)務(wù)隔離。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)切片方案

5G切片專(zhuān)線業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了5G無(wú)線、承載、核心網(wǎng)之間的端到端切片映射。5G無(wú)線、承載、核心三段子切片構(gòu)成端到端切片，通過(guò)在無(wú)線網(wǎng)和核心網(wǎng)配置切片標(biāo)識(shí)，并基于切片標(biāo)識(shí)建立與承載網(wǎng)兩端入口VLAN標(biāo)識(shí)的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)的端到端切片映射連接。業(yè)務(wù)層面根據(jù)客戶簽約情況調(diào)用合適的切片能力。

2.1.3 QoS方案

對(duì)于5G優(yōu)享和尊享專(zhuān)線，采用全網(wǎng)預(yù)置的逐段QoS映射方式實(shí)現(xiàn)端到端質(zhì)量保障。映射機(jī)制是由5QI和DSCP在無(wú)線、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)之間的逐段映射實(shí)現(xiàn)，具體如下：

（1）無(wú)線網(wǎng)側(cè)預(yù)先配置5QI和DSCP的映射關(guān)系，上行報(bào)文從5G CPE到達(dá)gNB時(shí)，按預(yù)置映射關(guān)系將5QI映射為相應(yīng)DSCP標(biāo)識(shí)，后將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至承載網(wǎng)；對(duì)承載網(wǎng)下行報(bào)文，gNB根據(jù)預(yù)置映射關(guān)系將DSCP映射為5QI后進(jìn)行空口側(cè)的QoS優(yōu)先級(jí)調(diào)度[4]。

（2）承載網(wǎng)預(yù)置DSCP與EXP、PQ/WFQ映射關(guān)系，承載網(wǎng)收到基站上行報(bào)文或者核心網(wǎng)下行報(bào)文后，識(shí)別DSCP標(biāo)記并采用DSCP優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)QoS優(yōu)先級(jí)調(diào)度。

（3）核心網(wǎng)側(cè)預(yù)先配置5QI和DSCP的映射關(guān)系，5G網(wǎng)側(cè)上行報(bào)文到達(dá)5G核心網(wǎng)UPF后，按映射關(guān)系將DSCP映射到5QI，后進(jìn)行相應(yīng)QoS調(diào)度處理；5G外網(wǎng)側(cè)下行報(bào)文到達(dá)5G核心網(wǎng)UPF后，按映射關(guān)系將5QI映射為相應(yīng)的DSCP標(biāo)識(shí)，后將報(bào)文發(fā)至承載網(wǎng)。

（4）QoS可在4G、5G之間映射，5G切片專(zhuān)線終端移動(dòng)到4G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)仍可基于4G網(wǎng)絡(luò)能力為客戶提供高等級(jí)業(yè)務(wù)保障[5]。

2.2 組網(wǎng)方案

5G切片專(zhuān)線組網(wǎng)方案中涉及在每個(gè)5G UPF資源池部署一套融合網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)5G側(cè)與IP RAN側(cè)、OTN側(cè)的網(wǎng)絡(luò)銜接。以5G+IPRAN組網(wǎng)為例， 面向客戶A端由5G移動(dòng)接入、Z端由IP RAN方式接入的場(chǎng)景。組網(wǎng)方案如圖1所示。

圖1 5G+IP RAN固網(wǎng)接入組網(wǎng)方案

I P RAN網(wǎng)絡(luò)中新增融合網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接5 G UPF和IP RAN固網(wǎng)側(cè)。用戶A端由5G接入后，在無(wú)線基站和核心網(wǎng)UPF之間采用GTP隧道進(jìn)行用戶間隔離，在UPF內(nèi)部采用每用戶獨(dú)立DNN方式進(jìn)行隔離，UPF和融合網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間采用每用戶獨(dú)立VLAN方式隔離和區(qū)分，融合網(wǎng)關(guān)和用戶Z端設(shè)備間以PW專(zhuān)線方式隔離和區(qū)分。

3 業(yè)務(wù)方案的創(chuàng)新與應(yīng)用

3.1 創(chuàng)新點(diǎn)

本業(yè)務(wù)方案充分發(fā)揮運(yùn)營(yíng)商基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)與頂層架構(gòu)革新相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，具有較高程度的創(chuàng)新性和不可替代性。具體如下：

（1）5G網(wǎng)絡(luò)與5G外網(wǎng)相結(jié)合，實(shí)踐運(yùn)營(yíng)級(jí)端到端切片能力。引入了承載網(wǎng)切片和5G核心網(wǎng)切片，結(jié)合無(wú)線網(wǎng)專(zhuān)網(wǎng)專(zhuān)用和QoS能力，在5G網(wǎng)絡(luò)部分提供具備SLA保障的剛性管道以及資源彈性可調(diào)能力，適用于區(qū)域相對(duì)封閉、希望專(zhuān)網(wǎng)專(zhuān)用的客戶。對(duì)于非封閉區(qū)域、不具備單獨(dú)組網(wǎng)條件的客戶， 通過(guò)5G無(wú)線網(wǎng)QoS資源調(diào)用，不同業(yè)務(wù)需求的專(zhuān)線客戶配置不同類(lèi)型的5QI，再經(jīng)承載網(wǎng)和核心網(wǎng)相關(guān)保障切片，最后進(jìn)入云或其他專(zhuān)網(wǎng)。

（2）專(zhuān)線端到端SLA無(wú)縫對(duì)接，提供電信級(jí)服務(wù)保障。利用5G網(wǎng)絡(luò)各子網(wǎng)QoS能力，使客戶專(zhuān)線流量在5G網(wǎng)內(nèi)獲得不同的SLA等級(jí)，進(jìn)一步在5G 外網(wǎng)拼接上對(duì)應(yīng)等級(jí)的外網(wǎng)分段資源，可形成端到端全程完整的SLA服務(wù)級(jí)別。本業(yè)務(wù)方案支持SLA 按需配置，可提供多種可選SLA等級(jí)，客戶可根據(jù)自身業(yè)務(wù)特性，對(duì)帶寬、時(shí)延、連接終端數(shù)量、接入覆蓋范圍等進(jìn)行選擇。

（3）創(chuàng)新設(shè)計(jì)5G切片專(zhuān)線產(chǎn)品架構(gòu)，核心模塊完全自研。本業(yè)務(wù)方案在系統(tǒng)架構(gòu)上與5G SBA架構(gòu)保持一致，可與5G核心網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同編排。通過(guò)新一代運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的編排模塊對(duì)南向各控制系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化配置，實(shí)現(xiàn)多類(lèi)網(wǎng)絡(luò)資源的自動(dòng)化協(xié)同配置，包括5G網(wǎng)、IP網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、云網(wǎng)等，使得客戶所需專(zhuān)線服務(wù)能夠在秒級(jí)時(shí)限開(kāi)通（除固網(wǎng)段外）。

（4）創(chuàng)新業(yè)務(wù)方案適用于各類(lèi)5G終端，無(wú)須終端特殊配置。通過(guò)核心網(wǎng)配置實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶號(hào)卡的業(yè)務(wù)簽約權(quán)限控制，客戶5G切片專(zhuān)線所使用的DNN、5QI、5G外網(wǎng)資源均為局側(cè)配置數(shù)據(jù)，對(duì)5G 終端沒(méi)有特殊的配置要求，支持5G SA的終端，完成訂購(gòu)后開(kāi)機(jī)即可使用。

3.2 轉(zhuǎn)化應(yīng)用情況

方案的實(shí)施綜合考慮了中國(guó)電信5G網(wǎng)絡(luò)部署進(jìn)程、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)進(jìn)展、產(chǎn)業(yè)鏈成熟度進(jìn)程等因素，基于5G網(wǎng)絡(luò)各階段能力，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)傳輸、IP資源、云服務(wù)能力，分階段實(shí)施。

2019年4月，中國(guó)電信啟動(dòng)5G切片專(zhuān)線產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作，目前已完成電信北京、上海、廣東等多個(gè)省份試點(diǎn)，聯(lián)合友好客戶完成了多個(gè)場(chǎng)景業(yè)務(wù)測(cè)試， 后續(xù)將定位面向政府和企業(yè)客戶的新型5G云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)，進(jìn)行全國(guó)部署和推廣。

從社會(huì)效益角度看，5G切片專(zhuān)線產(chǎn)品，聚合終端、無(wú)線、承載、核心等多個(gè)專(zhuān)業(yè)的軟硬件廠商，落實(shí)自主創(chuàng)新戰(zhàn)略思想，著力實(shí)現(xiàn)5G從技術(shù)到服務(wù)， 從標(biāo)準(zhǔn)到價(jià)值的轉(zhuǎn)化，提升工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、教育等多個(gè)關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要行業(yè)的生產(chǎn)效率，助力各行業(yè)享受5G紅利，蓬勃發(fā)展。從經(jīng)濟(jì)效益角度看，隨著SA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成，將每年為中國(guó)電信增加億元級(jí)直接業(yè)務(wù)收入。

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)電信將持續(xù)以5G切片專(zhuān)線業(yè)務(wù)體系為切入點(diǎn)，開(kāi)放5G應(yīng)用生態(tài)合作，大力推進(jìn)中國(guó)5G創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)。