5G 網(wǎng)絡(luò)ToB 業(yè)務(wù)端到端切片網(wǎng)絡(luò)配置研究

［段樹俠 米洪偉］

1 引言

5G 時代垂直行業(yè)豐富的行業(yè)應(yīng)用，對網(wǎng)絡(luò)功能及性能提出了不同于2C 的要求，希望獲取更多的網(wǎng)絡(luò)及用戶管理能力。ToB 業(yè)務(wù)的典型需求包括靈活的子管理自服務(wù)、業(yè)務(wù)隔離、生產(chǎn)不中斷、數(shù)據(jù)不出園區(qū)、低時延、高上行、特殊覆蓋等，這些需求對5G 移動網(wǎng)絡(luò)的能力、敏捷性、網(wǎng)絡(luò)隔離、可靠性、運維能力、開放性等方面提出了更高的要求。

為了滿足5G 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與成本效益的平衡，5G 網(wǎng)絡(luò)切片通過靈活的資源調(diào)度組合，為不同用戶提供差異化的SLA 保障，通過切片的獨立運營運維能力，幫助用戶實現(xiàn)業(yè)務(wù)的獨立管理。

通過5G 網(wǎng)絡(luò)切片可以在同一個硬件基礎(chǔ)設(shè)施切分出多個虛擬的網(wǎng)絡(luò)，按業(yè)務(wù)能力需求靈活分配資源。當新需求提出而目前網(wǎng)絡(luò)無法滿足要求時，只需要為此需求虛擬出一張新的切片網(wǎng)絡(luò)，而不需要影響已有的切片網(wǎng)絡(luò)，以最快速度上線業(yè)務(wù)。

2 5G 網(wǎng)絡(luò)切片現(xiàn)狀

2.1 5G 網(wǎng)絡(luò)切片現(xiàn)狀

河北聯(lián)通5G SA 核心網(wǎng)控制面及管理面相關(guān)網(wǎng)元在山東省內(nèi)部署，用戶面網(wǎng)元則在河北省內(nèi)部署，其中2B業(yè)務(wù)UPF 基于業(yè)務(wù)需求下下沉至地市或企業(yè)園區(qū)，本項目測試地點雄安，已部署1 套2B UPF。如圖1 所示。本項目基于2B 物聯(lián)網(wǎng)卡進行業(yè)務(wù)測試，測試階段，因切片管理相關(guān)網(wǎng)元CSCF/NSMF 在部署階段，端到端的網(wǎng)絡(luò)切片暫通過手工配置完成。

圖1 5G SA 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3 端到端切片測試方案及預期效果

3.1 業(yè)務(wù)場景及測試方案

端到端切片測試的業(yè)務(wù)場景為VR 超高清視頻回傳，無線采用RB 資源預留方式，傳輸采用FlexE 方式，核心網(wǎng)在雄安本地2B UPF 基于專屬DNN 關(guān)聯(lián)專屬切片進行業(yè)務(wù)保障。為了方便測試結(jié)果呈現(xiàn)，在實際測試中，通過仿真工具接入終端模擬。測試方案如圖2 所示：

圖2 切片業(yè)務(wù)設(shè)計

（1）核心網(wǎng)：兩類用戶，簽約不同的切片ID（Slice1 ID，Slice2 ID），其中切片1為默認切片，切片1為保障切片，共享UPF；

（2）傳輸網(wǎng)：采用不同F(xiàn)lexE，F(xiàn)lexE1 為默認切片，F(xiàn)lexE2 為保障切片；

（3）無線網(wǎng)：針對切片2 采用RB 預留。

3.2 測試預期效果

通過測試儀從無線空口側(cè)灌包，模擬5G 的背景流量（5QI=4），人為制造空口側(cè)的擁塞，預期測試效果如下：

（1）終端1：由于普通體驗沒有業(yè)務(wù)優(yōu)先保障，業(yè)務(wù)體驗差；

（2）終端2：由于有業(yè)務(wù)優(yōu)先保障，業(yè)務(wù)體驗優(yōu)。

4 切片配置及開通

4.1 切片數(shù)據(jù)配置

切片信息配置如下：

（1）新增切片ID，配置信息為:SST:1/SD:XXC000/5QI:4。

（2）申請測試卡5 張，其中3 張簽約默認切片ID，2 張簽約新增切片ID（保障切片）。

（3）新增測試卡簽約DNN：hexaqp1.xxxx.jniot。

（4）終端通過NR 接入到濟南物網(wǎng)AMF，AMF 通過與廣州或南京UDM 交互，獲取到此用戶簽約的切片ID，并通過無線基站下發(fā)到終端；

（5）終端根據(jù)簽約對應(yīng)的S-NSSAI 并隨信令發(fā)送到濟南的SMF，SMF 根據(jù)此終端的DNN、TAC、切片ID選擇雄安本地物網(wǎng)UPF；gNB 根據(jù)不同切片ID 分配不同資源。

注：雄安本地物網(wǎng)UPF 網(wǎng)元名稱：sd_he_xa_ueg_b_hw，N4地址：2408:XXXX:A0F0:XXXX::1。

4.2 切片開通大區(qū)配合工作

（1）山東大區(qū)物網(wǎng)AMF/物網(wǎng)SMF/人網(wǎng)NSSF 網(wǎng)元增加新增切片ID 的相關(guān)數(shù)據(jù)。

①大區(qū)物網(wǎng)NSSF 新增網(wǎng)絡(luò)配置切片ID，基于新增切片ID 選擇物網(wǎng)AMF 集合。

② 物網(wǎng)AMF 配置服務(wù)PLMN 下支持的切片，根據(jù)切片和DNN 選擇SMF。

③物網(wǎng)SMF 配置服務(wù)PLMN 下支持的切片及配置部署SMF 支持的切片信息，依據(jù)TAC、DNN、切片ID 選擇雄安本地UPF。

（2）廣州或南京物網(wǎng)UDM/PCF 數(shù)據(jù)配置，將現(xiàn)有的5 張物聯(lián)網(wǎng)卡簽約DNN：hexaqp1.5gsd.jniot。其中2 張簽約保障切片ID，3 張簽約默認切片ID。

（3）本地UPF 增加新增切片ID 數(shù)據(jù)配置。

4.3 子域切片配置

（1）無線參數(shù)配置

QoS 模板設(shè)計如表1 所示：

表1 QoS 模板設(shè)計表

無線參數(shù)配置如表2 所示：

表2 無線參數(shù)配置表

（2）核心網(wǎng)參數(shù)配置

核心網(wǎng)參數(shù)配置如表3 所示：

（3）承載網(wǎng)參數(shù)配置：

按照現(xiàn)網(wǎng)測試環(huán)境搭建組網(wǎng)圖，接入環(huán)使用50GE，核心匯聚環(huán)使用100GE，均使用Flex-E接口互聯(lián)；5G 基站和5G 核心網(wǎng)分別接入MAR和MCR。

在MAR 和MCR 之間部署2C/2B 兩個VPN，分別綁定不同VLAN 子接口接入，VLAN根據(jù)基站與核心網(wǎng)數(shù)據(jù)流量規(guī)劃（可參考，2C：2B 默認切片：2B 保障切片按照70：20：10劃分切片帶寬）。

5 測試結(jié)果

5.1 無線網(wǎng)切片測試結(jié)果

5.1.1 資源預留功能測試

（1）終端1 接入小區(qū)并且在好點位置停留，登陸FTP 服務(wù)器，做上傳下載，上傳250 Mbit/s，下載1 030 Mbit/s。

（2）設(shè)置最小30%，最大70%的RB 預留后，終端1 和終端2 分別接入切片1（默認）和切片2（保障）。終端1 和終端2 登錄FTP 上傳，終端1 平均上傳76.60 Mbit/s，終端2平均上傳172.15 Mbit/s；終端1速率占比30.64%，終端2速率占比68.86%；切片生效，符合預期。

（3）終端1 登錄FTP 下載，終端2 登錄FTP下載：終端1 平均下載359.58 Mbit/s，終端2 平均下載703.23 Mbit/s；終端1速率占比29.74%，終端2 速率占比68.27%，符合預期。

5.1.2 切片場景RB 資源預留情況下對eMBB 性能有增益

（1）終端1、終端2分別接入切片1（默認）和切片2（保障），切片2 不配置RB 資源預留。終端1 在好點位置登陸FTP 服務(wù)器做下載：下載速率1 030 Mbit/s；終端2 放在差點位置登陸FTP 服務(wù)器做下載，下載359.58 Mbit/s。

（2）切片2 設(shè)置最大最小均為80%的RB 資源預留后，終端1 放在好點，終端2 放在遠點，登錄FTP 下載：終端1 下載216.32 Mbit/s，終端2 下載727.53 Mbit/s；終端1 占整體資源22.91%；終端2 速率增益明顯，說明切片場景RB 資源預留情況下對eMBB 性能有增益，保障用戶不受默認用戶的業(yè)務(wù)影響。

5.1.3 切片場景RB 資源預留情況下對時延性能有增益

（1）終端1、終端2 分別接入切片1（默認）和切片2（保障），切片2 不配置RB 資源預留。終端1 放在好點，終端2 放在遠點，終端1 Ping 服務(wù)器時延10.24 ms，終端2 ping 服務(wù)器時延16.98 ms；終端1 登陸FTP 服務(wù)器，下載速率為1 110.31 Mbit/s。

（2）切片2設(shè)置最大最小均為80%的RB資源預留后，終端1 放在好點，終端2 放在遠點，終端2 Ping 服務(wù)器時延9.22 ms，終端1登陸FTP服務(wù)器下載速率231.16 Mbit/s。設(shè)置RB 預留后終端2 ping 時延有增益，終端1 下載速率約為設(shè)置前的23%。說明說明切片場景RB 資源預留情況下對保障用戶的時延性能有增益，保障用戶的時延不受默認用戶業(yè)務(wù)影響。

5.2 承載網(wǎng)切片測試結(jié)果

5.2.1 承載網(wǎng)切片部署驗證

承載網(wǎng)切片F(xiàn)lex-E 部署驗證主要內(nèi)容如下：

（1）2C、2B 默認、2B 保障切片的FLEX-E 接口UP，接口帶寬可以按照規(guī)劃成功劃分。

（2）各網(wǎng)元FlexE 接口的2B 和2C ISIS 鄰居狀態(tài)up，能正確學習到其他網(wǎng)元的Locator 和Loopback 地址。

（3）各網(wǎng)元查看5G_RAN 和5G_RAN_VIP 的VPN私網(wǎng)路由，出接口分別對應(yīng)2C/2B 分片的FlexE 接口上，SRv6-BE 隧道狀態(tài)正常。

（4）所有流量均在各自的分片內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)，且分片內(nèi)流量的突發(fā)對其他分片內(nèi)流量的帶寬、時延和抖動無任何影響。

具體數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖3 承載網(wǎng)Flex-E 切片部署觀測數(shù)據(jù)

5.2.2 5G 承載網(wǎng)切片隔離效果驗證

（1）使用測試工具對2C 切片打持續(xù)的背景流，背景流隊列和被測業(yè)務(wù)同一隊列(AF2 隊列)，觀察2C/2B 切片和專享被測流量，2C 切片的被測流量SLA 受到影響，時延丟包都有增長。并且2B 和專享切片業(yè)務(wù)不受任何影響（業(yè)務(wù)無丟包，時延和抖動無明顯變化）。

（2）使用測試工具對2B 切片打持續(xù)的背景流，背景流隊列為AF2 隊列，被測業(yè)務(wù)為EF 隊列，觀察2B 切片和專享被測流量，2B 切片的EF 隊列流量SLA 不受影響，專享切片業(yè)務(wù)不受任何影響（業(yè)務(wù)無丟包，時延和抖動無明顯變化）。

（3）調(diào)整2B 切片的背景流流量為EF 隊列，觀察2B切片和專享被測流量。2B 切片的EF 隊列流量SLA 受到影響，專享切片業(yè)務(wù)不受任何影響。

5.3 核心網(wǎng)切片測試結(jié)果

（1）切片注冊流程跟蹤

經(jīng)驗證，初始注冊流程，UE 攜帶requested NSSAI，終端顯示已在5G 網(wǎng)絡(luò)注冊成功。檢查消息跟蹤，AMF 向UE 發(fā)送了Registration Accept 消息，消息中包括AMF 分配的5G-GUTI、Allowed NSSAI 等信息。

UE 開機，觸發(fā)初始注冊流程，初始AMF 不支持UE requested NSSAI 的場景下，基站將初始注冊消息發(fā)給default AMF 之后，default AMF 經(jīng)過鑒權(quán)，取簽約切片信息之后，判斷本AMF 不能支持UE 請求的切片和簽約切片的交集，于是向NSSF 發(fā)起切片查詢請求，NSSF 返回支持該UE 請求切片的AMF Set，并采用AMF 直接重定向方式把NAS 消息發(fā)給目標AMF 完成注冊流程，終端顯示已在5G 網(wǎng)絡(luò)注冊成功。

（2）PDUUI 建立

經(jīng)驗證，新建PDU 會話不攜帶NSSAI，能夠創(chuàng)建PDU 會話成功。UE 新建PDU 會話進行業(yè)務(wù)，在PDU 會話激活請求消息中不攜帶Requested NSSAI。檢查流程涉及接口的服務(wù)消息和參數(shù)信息，AMF 向UE 發(fā)送了PDU session Establishment Accept消息，消息中包含了此次PDU會話激活使用的S-NSSAI，是注冊流程中網(wǎng)絡(luò)給UE 分配的Allowed NSSAI 之一，PDU 回話創(chuàng)建成功。

6 小結(jié)

通過雄安5G 實驗切片的實施，對5G 無線、5G 核心網(wǎng)、傳輸、MEC 等網(wǎng)絡(luò)單元進行端到端硬切片的應(yīng)用測試驗證，結(jié)果表明為5G ToB 用戶提供端到端專網(wǎng)切片服務(wù)，可以充分保障用戶的帶寬及時延要求，提供差異化的SLA 保障，同時本實驗完成了切片業(yè)務(wù)專用的端到端5G 鏈路，可以保障數(shù)據(jù)的隔離，充分實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)安全保障，為5G 網(wǎng)絡(luò)切片的市場推廣積累了實踐基礎(chǔ)及部署經(jīng)驗。