基于原子能力平臺的5G專屬切片客戶自助管理方案

池?zé)槼桑瑒㈤_開，伍運珍，張金娟

（1.中國電信股份有限公司研究院，廣東 廣州 510630；2.中國電信集團有限公司，北京 100033）

0 引言

隨著5GSA（Standalone，獨立組網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)的部署和商用，5G 賦能各行各業(yè)的進程在不斷加快，如醫(yī)療、交通、警務(wù)等行業(yè)，行業(yè)客戶對利用5G 實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求越來越迫切。由于不同行業(yè)客戶的數(shù)字化特性不同，對5G 網(wǎng)絡(luò)的需求存在明顯差異，難以使用5G 公共網(wǎng)絡(luò)滿足不同應(yīng)用場景的不同需求，客戶需要特殊定制5G 專屬切片，以滿足其在網(wǎng)絡(luò)速率、時延、可靠性、安全性等方面的個性化需求。5G 網(wǎng)絡(luò)切片不僅是應(yīng)對客戶網(wǎng)絡(luò)個性化需求的重要手段，也是運營商向行業(yè)客戶提供定制化服務(wù)的重要業(yè)務(wù)。由于5G 專屬切片與客戶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)一起組成了客戶生產(chǎn)所需的端到端網(wǎng)絡(luò)，任何一部分的網(wǎng)絡(luò)都會影響客戶生產(chǎn)流程的實施，而客戶一般對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)有較全面的掌握，但對切片網(wǎng)絡(luò)部分的自主管控能力很弱，所以除了對5G 切片網(wǎng)絡(luò)特性提出特殊需求之外，客戶還提出了對切片網(wǎng)絡(luò)進行自主管理的新需求，以便實時掌握切片網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，并一定程度上對網(wǎng)絡(luò)進行自助管理。原子能力平臺能夠匯聚運營商不同層面的業(yè)務(wù)能力和網(wǎng)絡(luò)能力，通過原子能力平臺可以實現(xiàn)客戶對5G 專屬切片網(wǎng)絡(luò)進行便捷的自助管理，如切片網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、切片用戶管理等。

1 5G網(wǎng)絡(luò)切片

行業(yè)客戶對5G 網(wǎng)絡(luò)的需求顯現(xiàn)出多樣化和差異化的特點，不同客戶在帶寬、時延、連接數(shù)等方面的網(wǎng)絡(luò)需求側(cè)重點有所不同。5G 網(wǎng)絡(luò)切片是應(yīng)對客戶差異化需求的重要手段，憑借SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）和NFV（Network Functions Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）等技術(shù)，5GSA 網(wǎng)絡(luò)具備了網(wǎng)絡(luò)切片能力，可用不同網(wǎng)絡(luò)切片提供不同的網(wǎng)絡(luò)特性，從而為不同行業(yè)應(yīng)用場景提供差異化的網(wǎng)絡(luò)保障，并可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的快速按需部署與安全隔離。

網(wǎng)絡(luò)切片是提供特定網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)特性的邏輯網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)切片實例是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)切片的一組網(wǎng)絡(luò)功能實例和所需資源，如計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源，一個網(wǎng)絡(luò)切片實例包括核心網(wǎng)絡(luò)的控制面和用戶面網(wǎng)絡(luò)功能、無線網(wǎng)絡(luò)與承載網(wǎng)絡(luò)，是一個端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)。按照不同專業(yè)域的劃分，5G 網(wǎng)絡(luò)切片分為三個部分：RN（Radio Network，無線網(wǎng)絡(luò)）切片子網(wǎng)、TN（Transport Network，傳輸網(wǎng)絡(luò)）切片子網(wǎng)和CN（Core Network，核心網(wǎng)絡(luò)）切片子網(wǎng)，5G 網(wǎng)絡(luò)切片如圖1 所示。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)切片示意圖

其中，底層是統(tǒng)一的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，包括基站設(shè)備、物理路由器、主機資源池、存儲設(shè)備等，基于這些物理資源，通過虛擬化等技術(shù)可以創(chuàng)建不同網(wǎng)絡(luò)特性的邏輯網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)切片。按照網(wǎng)絡(luò)特性劃分，網(wǎng)絡(luò)切片可以分為eMBB（enhanced Mobile Broadand，增強移動寬帶）切片、URLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications，高可靠低時延通信）切片、mMTC（massive Machine Type Communications，大規(guī)模連接）切片、多種特性組合類切片等。按網(wǎng)絡(luò)的專用性，網(wǎng)絡(luò)切片可以分為公共切片和專屬切片，公共切片是運營商根據(jù)公共需求主動創(chuàng)建的公共網(wǎng)絡(luò)，提供給公眾客戶使用，專屬切片是根據(jù)行業(yè)客戶應(yīng)用場景的特殊網(wǎng)絡(luò)需求而定制的專屬切片，專門提供給行業(yè)客戶使用，例如在安防應(yīng)用場景中，客戶通過5G 網(wǎng)絡(luò)遠程控制無人機進行安全巡邏，并將現(xiàn)場高清視頻實時回傳至后端安防系統(tǒng)進行分析，以便及早發(fā)現(xiàn)異常情況。因為該應(yīng)用場景對5G 網(wǎng)絡(luò)在速率、時延、移動性、覆蓋范圍、可靠性等方面都有特殊需求，公共網(wǎng)絡(luò)切片難以一一滿足，所以需要創(chuàng)建定制化的專屬切片來解決問題。

2 專屬切片客戶自助管理需求

在傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中，網(wǎng)絡(luò)本身的管理和運營屬于運營商的內(nèi)部事務(wù)，包括網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)資源的管理、用戶的管理等。對客戶而言，只能通過使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)感知網(wǎng)絡(luò)的情況，若遇到網(wǎng)絡(luò)異常，通過客服或客戶經(jīng)理與運營商溝通，運營商內(nèi)部查找和解決問題之后再回復(fù)客戶。對于用戶級的管理，客戶也是向運營商提出請求，由運營商內(nèi)部處理完成。總之，對客戶而言，運營商的網(wǎng)絡(luò)管理像一個黑箱，客戶不能及時了解網(wǎng)絡(luò)的運行情況，另外客戶獲取網(wǎng)絡(luò)信息、解決客戶網(wǎng)絡(luò)問題的時間都比較長。

傳統(tǒng)模式很難適應(yīng)專屬切片客戶的新需求，對于采用專屬切片的行業(yè)客戶來說，由于專屬切片應(yīng)用到客戶的關(guān)鍵業(yè)務(wù)中，例如工業(yè)制造的5G 應(yīng)用場景，切片網(wǎng)絡(luò)與客戶的生產(chǎn)和業(yè)務(wù)流程緊密結(jié)合，切片網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（如專線網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)）連接在一起，形成了端到端的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，任何一段網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常都會影響生產(chǎn)。對于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)部分，專屬切片客戶一般建立起自己的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理系統(tǒng)，而對于5G 切片網(wǎng)絡(luò)部分，若仍采用上述傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理模式，客戶將難以實時獲得切片網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，不能形成端到端的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)視圖，從而不利于客戶對生產(chǎn)流程的全面掌握。

故此，專屬切片客戶對切片網(wǎng)絡(luò)具有較強的自助管理需求，一方面客戶需要切片網(wǎng)絡(luò)透明化，客戶可以監(jiān)控切片網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，另一方面，客戶需要有一定的自主管理能力，可以對切片網(wǎng)絡(luò)及切片用戶進行一定的自主控制。在切片網(wǎng)絡(luò)層面，客戶自助需求可能包括：切片端到端狀態(tài)的監(jiān)控、切片總用戶連接數(shù)的監(jiān)控、切片總流量的監(jiān)控、切片網(wǎng)絡(luò)的異常診斷、切片網(wǎng)絡(luò)流量流向控制、切片參數(shù)的調(diào)節(jié)等，在切片用戶層面，客戶自助需求可能包括：用戶在線狀態(tài)的監(jiān)控、用戶位置區(qū)域的監(jiān)控、用戶業(yè)務(wù)簽約信息的查詢、用戶網(wǎng)絡(luò)使用記錄的查詢、用戶加入切片、用戶退出切片、用戶QoS 策略的調(diào)整等。另外，由于不同行業(yè)客戶的內(nèi)部生產(chǎn)管理要求不同，對生產(chǎn)使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施監(jiān)控和管理要求可能也不同，所以不同客戶的自助管理需求還存在差異。

3 原子能力平臺

為了應(yīng)對切片自助管理需求，運營商需要一個匯聚切片網(wǎng)絡(luò)管理能力的共享平臺，以將相關(guān)能力開放給客戶，將切片管理能力集成到自身的網(wǎng)管系統(tǒng)中，形成端到端的網(wǎng)絡(luò)管理能力。原子能力平臺承擔(dān)了能力匯聚的功能，是提供共享能力的開放平臺，旨在將運營商內(nèi)部各專業(yè)域的能力（包括切片管理能力）進行原子化服務(wù)封裝，通過標(biāo)準(zhǔn)化接口開放給行業(yè)應(yīng)用使用，把運營商由原來相對封閉的體系轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放的體系，讓各行各業(yè)的客戶都能利用運營商建立和積累的各種網(wǎng)絡(luò)能力、平臺能力，從而促進行業(yè)客戶的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

原子能力平臺用于匯聚和封裝運營商內(nèi)各種網(wǎng)絡(luò)和平臺的能力，包括移動網(wǎng)絡(luò)能力、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)能力、固定網(wǎng)絡(luò)能力、云平臺能力、大數(shù)據(jù)平臺能力、運營支撐能力等，這些原子能力都注冊到原子能力平臺上進行統(tǒng)一管理，平臺還可以根據(jù)能力調(diào)用者的需求對原子能力進行編排，靈活組裝出適用不同應(yīng)用場景的新能力。

原子能力平臺體系總體分為四層：能力提供層、能力管理層、能力開放層、能力調(diào)用層，其中能力管理層、能力開放層一起構(gòu)成了原子能力平臺。能力提供層是最終提供服務(wù)能力的實體集合，包括各類網(wǎng)絡(luò)或平臺，如移動網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、固定網(wǎng)絡(luò)、云平臺、大數(shù)據(jù)平臺、運營支撐系統(tǒng)等。能力調(diào)用層是使用原子能力或組合能力的實體集合，包括運營商內(nèi)部應(yīng)用、各種渠道應(yīng)用、第三方合作平臺以及眾多行業(yè)客戶自己的應(yīng)用系統(tǒng)，這些應(yīng)用通過OpenAPI（RESTful API）或H5（HTML5）頁面的方式調(diào)用原子能力平臺提供的能力，從而將運營商的各種能力融合到自己的應(yīng)用中。能力管理層是對各類能力進行統(tǒng)一管理的功能集合，包括能力注冊、能力質(zhì)量管理、能力配置、能力簽約、能力開通、能力計費等，能力開放層是能力接入的功能集合，包括能力發(fā)現(xiàn)、能力認(rèn)證、權(quán)限校驗、流量控制、能力監(jiān)控、智能路由等。為保證平臺的高性能和高可靠，平臺構(gòu)建在彈性云平臺之上，并采用各種分布式技術(shù)組件，如分布式數(shù)據(jù)庫、分布式消息、分布式緩存、分布式文件系統(tǒng)、容器與容器編排等，原子能力平臺的架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 原子能力平臺架構(gòu)

平臺的運營需要完整業(yè)務(wù)流程配合，能力使用方關(guān)注能力簽約、技術(shù)支持等流程；能力提供方關(guān)注能力注冊、能力信息查詢等流程；業(yè)務(wù)運營方關(guān)注用戶管理、能力運營分析等流程；平動運營方關(guān)注平臺系統(tǒng)管理、安全管理等流程。平臺的運營也需要監(jiān)控核心技術(shù)指標(biāo)，包括周期性指標(biāo)和實時性指標(biāo)，前者包括成功率、失敗率、總次數(shù)等；后者包括響應(yīng)時長、報文大小的最新值、最大值、最小值、平均值等。原子能力上線前需要測試驗證，除了正確性外，還要驗證能力的處理性能和穩(wěn)定性，測試參數(shù)包括響應(yīng)時長、并發(fā)數(shù)、失敗率、CPU/內(nèi)存占用率、網(wǎng)絡(luò)流量等。

以旅游行業(yè)為例，某景區(qū)為了向游客提供智慧導(dǎo)覽服務(wù)，需要對游客進行定位、人流和車流分析，于是景區(qū)應(yīng)用通過接入原子能力平臺，使用三維地圖、定位、人流熱點、車流熱點等能力，客戶能力簽約信息如表1 所示。

表1 原子能力簽約示例

完成能力簽約和接入流程后，景區(qū)客戶就可以將上述原子能力集成到景區(qū)智慧導(dǎo)覽應(yīng)用中，向游客提供智慧導(dǎo)覽服務(wù)。

4 專屬切片客戶自助管理方案

專屬切片客戶自助管理需求的實現(xiàn)需要調(diào)用到不同專業(yè)域的能力，原子能力平臺架構(gòu)正好切合專屬切片客戶自助管理的需要?？蛻艨梢愿鶕?jù)自身需要簽約使用不同的原子能力，從而解決了客戶自助管理需求的差異化問題。首先將專屬切片自助管理相關(guān)的原子能力注冊到原子能力平臺，然后開放給專屬切片客戶使用。客戶可以將這些切片管理能力集成到自身的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，從而把生產(chǎn)所使用的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與切片網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一地監(jiān)控和管理起來，形成一個完整的端到端的網(wǎng)絡(luò)自助管理體系，客戶自有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具備了對企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與專屬切片網(wǎng)絡(luò)進行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控（拓撲/ 告警/ 性能等監(jiān)控）、網(wǎng)絡(luò)運營分析等能力。

專屬切片客戶自助管理相關(guān)原子能力提供情況主要涉及運營支撐域、大數(shù)據(jù)域、5G 網(wǎng)絡(luò)域。在運營支撐域，提供能力的主要是CSMF（Communication Service Management Function，通信服務(wù)管理功能）/NSMF（Network Slicing Management Function，網(wǎng)絡(luò)切片管理功能）模塊，如切片生命周期管理、切片性能管理、切片SLA 管理、切片計費管理、切片故障管理、切片用戶入網(wǎng)與退網(wǎng)、切片用戶策略管理、切片用戶使用記錄管理等子模塊。對于切片，NSMF 調(diào)用RN-NSSMF（Network Slice Subnet Management Function，網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理功能）、TN-NSSMF、CN-NSSMF 的能力，實現(xiàn)各個切片子網(wǎng)的管理，對于切片用戶管理者，通過調(diào)用切片核心網(wǎng)的UDM（UDM Unified Data Management，用戶統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理）和PCF（Policy Control Function，策略控制功能）等網(wǎng)元能力實現(xiàn)對切片用戶的管理。大數(shù)據(jù)域主要負責(zé)采集各類系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)并進行挖掘分析以提供數(shù)據(jù)服務(wù)，運營支撐域是其重要的數(shù)據(jù)來源之一，主要提供業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)運維日常數(shù)據(jù)。對于切片的管理，在大數(shù)據(jù)域提供能力的主要是切片用戶連接記錄采集和連接行為分析模塊，提供切片用戶連接行為分析能力，如切片用戶上網(wǎng)軌跡分析等。在5G 網(wǎng)絡(luò)域，可提供基于NR（New Radio，5G 基站）的定位等網(wǎng)絡(luò)能力，以實現(xiàn)客戶對切片用戶的實時或定時的定位功能。

技術(shù)流程上，首先基于平臺的能力注冊、能力配置等功能，將上述切片管理相關(guān)能力注冊到平臺，然后基于平臺的能力簽約、能力開通等功能完成客戶自有網(wǎng)管系統(tǒng)的平臺接入，最后客戶自有網(wǎng)管系統(tǒng)基于能力發(fā)現(xiàn)、能力認(rèn)證、權(quán)限校驗、流量控制、能力監(jiān)控、智能路由等功能調(diào)用切片管理相關(guān)能力，專屬切片客戶自助管理技術(shù)方案如圖3 所示。

圖3 專屬切片客戶自助管理方案

以客戶自助進行切片用戶QoS 策略調(diào)整為例，當(dāng)客戶需要對該某個專屬切片用戶進行QoS 調(diào)整時，以降速處理為例，客戶在客戶自有網(wǎng)管系統(tǒng)中錄入用戶降速信息，自主發(fā)起用戶降速請求，然后客戶網(wǎng)管系統(tǒng)調(diào)用原子能力平臺的切片用戶策略調(diào)整OpenAPI，API 的參數(shù)包括專屬切片的S-NSSAI（Single Network Slice Selection Assistance Information，切片標(biāo)識信息）、切片用戶號碼、限制的最大上行速率、限制的最大下行速率等，原子能力平臺根據(jù)服務(wù)注冊信息，發(fā)現(xiàn)該API 對應(yīng)到運營支撐域的切片用戶策略管理模塊提供的能力，然后調(diào)用該能力的服務(wù)接口，接著切片用戶策略管理模塊向?qū)偾衅械腜CF 網(wǎng)元發(fā)起策略控制請求，PCF 生成動態(tài)的限制速率PCC（Policy and Charging Rule，策略及計費規(guī)則）規(guī)則并下發(fā)到專屬切片中的SMF（Session Management Function，會話管理功能），SMF 按照新的PCC 規(guī)則執(zhí)行用戶的降速策略，從而達到客戶自助對用戶降速的目的。

5 結(jié)束語

隨著行業(yè)客戶數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷推進，5G 專屬切片的應(yīng)用數(shù)量將會不斷增多。專屬切片網(wǎng)絡(luò)作為行業(yè)客戶生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對客戶的生產(chǎn)和業(yè)務(wù)實現(xiàn)都會產(chǎn)生影響，故此，客戶對專屬切片的自主管控訴求不斷增強，對網(wǎng)絡(luò)切片的監(jiān)控和管理、切片用戶的監(jiān)控與管理都存在較大的自助管理需求。原子能力平臺能夠匯聚專屬切片及用戶的監(jiān)控與管理相關(guān)能力，并以扁平化方式和輕量級接口協(xié)議開放給行業(yè)客戶使用，從而滿足不同行業(yè)客戶的差異化自助管理需求。展望未來，一方面需要積累更多的專屬切片客戶自助管理的經(jīng)驗，進一步優(yōu)化方案，另一方面需要研究如何提煉和開放更多的原子能力，以支持向?qū)偾衅蛻籼峁└娴淖灾芾矸?wù)，例如與切片連接的專線網(wǎng)絡(luò)、邊緣云等自助管理能力。