1.3 端到端网络切片技术

网络切片是指运营商为了满足不同的商业应用场景需求，量身打造多个端到端的虚拟子网络。

与2G/3G/4G的手机应用不同，5G面向万物连接，将应对不同的应用场景。不同的应用场景对网络的移动性、安全性、时延、可靠性等，甚至是计费方式的需求是不同的。因此，5G网络需要能为不同的场景切出相应的虚拟子网络。

不同的场景下的虚拟子网络如图1-28所示，图1-28中展示了网络被切成多个虚拟子网络—高清视频切片网络、手机切片网络、海量物联网切片网络和任务关键型物联网切片网络。

其中，由于高清视频切片网络要求海量视频内容缓存、分发和用户就近访问，所以核心网用户面功能下沉到了边缘云。

同样，由于任务关键型物联网对时延要求较高，例如，车联网，为了降低物理距离带来的时延，核心网也下沉到了边缘云，并在边缘配置车联网应用服务器。

1.3.1 5G网络切片系统架构

5G网络切片系统分为切片基础设施、切片实例管理和切片业务运营。其中，切片基础设施提供切片网络（基本业务类型）、执行切片实例部署和保障；切片实例管理提供切片实例的全生命周期管理，包括切片模板设计、切片实例创建、监控、优化、释放等；切片业务运营提供切片商品设计、上线、租户签约、计费、切片成员管理等。5G网络切片系统架构如图1-29所示，端到端（Entity to Entity,E2E）切片管理系统如图1-30所示。

1.3.2 终端感知切片

终端感知切片：5G终端预置/获取切片标识，并与具体App关联，应用会话建立时，上传切片标识，5GC（5G核心网）根据用户签约切片信息，选择相应切片建立会话。

1.3.3 无线切片实现

无线切片实现：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；独占式无线切片通过划分不同频段，构成物理隔离切片。

5G无线侧实现频谱资源共享、按优先级调度实现带宽差异化，其主要特征：每个TTI（典型值是0.5ms）进行RB（资源块）（典型值是260kHz）粒度的资源分配。优先级较高的切片用户容易达到所需速率，关键在于频谱软切片和动态频谱隔离。

频谱分割，资源预留，技术上可以实现面向切片级的RB（资源块）粒度频谱预留。

（1）无线空口信道复杂、多天线（MIMO）的流数因素、频选的干扰因素等使频谱的xMHz并不能直接转换为xMbit/s，因此保留资源并不是行业客户的初衷。

（2）为不同切片保留频谱会导致运营商频谱碎片化，频谱利用率下降，不符合运营商的利益。目前，第一阶段按照资源调度优先级；第二阶段按需驱动，通过资源预留和频谱隔离实现。

5G无线侧的重点在于空口资源管理的切片能力增强，分为切片管理增强和切片网元增强。其中，切片管理增强包含切片参数在线配置、切片服务等级协议（Service Level Agreement,SLA）性能测量和切片告警分析管理；切片网元增强包含无线侧切片感知、核心网切片选择、切片资源动态分配和切片移动性管理。5G无线侧通过在线配置，分配空口资源，实现无线切片终端接入控制。

无线切片参数的具体设置如下。

切片标识：无线侧支持的切片标识。

切片优先级：不同的切片标识具有不同的优先级，用于切片级资源抢占判定。

切片最大用户数：设置每个切片最大的接入用户数，设置切片最大用户接纳控制的目的主要是防止优先级较高的切片占用过多无线资源的一种资源平衡的方法。

切片上/下行保障服务质量（Quality of Service,QoS）：设置切片上/下行保障的带宽、时延等参数。

切片上/下行最大吞吐量：设置切片上/下行资源最大占用阈值。

无线侧切片资源调度机制如图1-31所示，下行数据到达基站后，IP包按优先级、按用户和业务分类进入不同切片等待队列，优先级由切片当前总速率、当前时延、待发送数据量和用户优先级等多种因素决定。

1.3.4 承载切片实现

5G承载软件定义网络（Software-Defined Networking,SDN）化，虚拟为多张虚拟网络，区分转发性能需求，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，构成业务需求（Business Need,BN）切片。承载支持不同程度的通道隔离，传统各种业务混合使用，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，物理时隙级隔离可以严格按带宽分配、隔离不同硬管道可以有不同的复用比、扩容策略，硬通道内不同的用户仍可以使用优先级体现差异。切片创建过程如图1-32所示。

FlexE只是接口类型，Tunnel是端到端的，例如，在图1-32中，a1到t2；接入环这段可以基于FlexE子接口创建，即a1—c1；汇聚环这段可以基于FlexE子接口创建，即c2—p2—t2；不同Tunnel可以独占也可以共享FlexE子接口，不同VPN（E2E视角下传输的切片）可以共享也可以独占Tunnel。

统一的弹性承载网络灵活支撑CN/无线接入点（Radio Access Node,RAN）侧切片实现。弹性承载网络如图1-33所示。

IP RAN一网多用，实现5G业务和政企专线的统一承载，安全性要求高的业务采用硬切片，例如，特殊专线，其他对时延不敏感的业务采用软切片。IP RAN一网多用如图1-34所示。

1.3.5 核心网切片实现

要想实现核心网切片，按需部署在多级DC的5GC网络功能，构成CN切片：UPF根据场景时延需求可以灵活下沉部署；控制面NFs可跨切片共享，支持按需定制的NF/微服务组合。

eMBB切片支持基本切片，支持4G/5G用户接入，支持全面的业务能力（例如，负责在线计费、增强QoS带宽管理、智能运维和业务报表等）。

固网无线接入（Fixed Wireless Access,FWA）切片支持5G用户接入，支持简化的业务能力（例如，简化计费、简化QoS等）和大带宽转发能力。

灵活的NF共享形态如图1-35所示，很多切片用户只需要独立的用户面即可，不同切片的UPF的部署位置不同、隔离度不同和规格不同。eMBB场景的差异性有限，潜在切片数量大，以“形态3：完全共享”为主。uRLLC场景CP/UP（控制面/用户面）的差异化与独立进化概率较高，对隔离的要求较高，以“形态1：完全独立切片”和“形态2：多切片共享NF（AMF）等”为主。海量物联网（Massive Internet of Things,mIoT）场景CP/UP的差异化与独立进化概率高而且潜在切片数量大，以“形态2：多切片共享NF（AMF）等”为主。

基于SDN架构的统一调度如图1-36所示，此架构可以实现转发面虚拟化和资源统一调度，基于层次化的多实例控制器可以实现物理网络和切片网络的E2E统一控制和管理。