一望“5G”技术专题 | 第五期：网络切片

5G为什么引入切片

5G将开启一个万物互联的时代，5G支持增强移动宽带（eMBB）、海量连接（mMTC）和低时延高可靠连接（uRLLC）三大场景，三大场景中包含了多样化差异化的应用。

eMBB（增强型移动宽带业务）：基于无线侧频谱利用率和频谱带宽技术的突破，5G可以提供比4G快10倍以上的传输速率。对于当下流行的AR/VR、高清视频直播，只有5G超高速率才能满足需求，4G的传输速率是无法支持的。现在使用VR看高清或者大型交互游戏时，必须要拖着网线来获取数据，在未来通过5G网络进行无线连接，VR/AR可以获得快捷的体验。

mMTC（大规模机器通信业务）：通过多用户共享接入，超密集异构网络等技术，5G可以支持每平方公里接入100万个设备，是4G的10倍。近来智慧城市的快速发展，路灯，井盖，水表等公共设施都已经拥有了网络连接能力，可以进行远程管理，但是5G会有更大的革新。基于5G网络的强大连接能力，才可以把城市各个行业的公共设备都接入智能管理平台。这些公共设施通过5G网络协同工作，只需要少量的维护人员就可以统一管理，大大提升城市的运营效率。

uRRLC（超可靠低时延通信）：在5G场景下最典型的应用就是自动驾驶，自动驾驶最常用的场景如急刹车、车对车，车对人，车对基础设施等多路通信同时进行，需要瞬间进行大量的数据处理并决策。因此需要网络同时具有大带宽、低时延、和高可靠性，5G网络具备应对这种场景的能力。

4G时代是通过一张网络满足所有的应用场景和客户群体，例如网络要提供NB-IoT能力就开通网元上的NB相关特性，要构筑网络可靠性，就增加网元设备级的冗余备份，通过不断叠加特性去满足大众市场不断提出的诉求。

但是垂直行业中各种业务在时延、连接数、可靠性、安全性等方面的要求相去甚远而且具有不可预知性，比如AR业务需要使用>1600Mbps的网络超高带宽、能源抄表业务需要网络提供海量连接，自动驾驶需要网络保证几毫秒的端到端低时延以及99.999%以上的高可靠性，如果还想通过一张网络满足目前所有需求以及未来可能提出的需求，根本不可能实现。

网络切片技术可以让运营商在一个硬件基础设施切分出多个虚拟的网络，按需分配资源、灵活组合能力，满足各种业务的不同需求。当新需求提出而目前网络无法满足要求时，运营商只需要为此需求虚拟出一张新的切片网络，而不需要影响已有的切片网络，以最快速度上线业务。

什么是网络切片

网络切片（Network slicing）是通过切片技术在一个通用硬件基础上虚拟出多个端到端的网络，每个网络具有不同网络功能，适配不同类型服务需求。 5G网络切片架构示意图如下所示，运营商购买物理资源后，针对大众上网业务使用物理资源虚拟出一个eMBB切片网络，之后再针对垂直行业中某些厂商的智能抄表需求，使用物理资源再虚拟出一个mMTC切片网络，两个切片网络分别为不同业务场景提供服务。

虽然垂直行业中各行各业对网络功能的需求多种多样，但是这些需求都可以解析成对网络带宽、连接数、时延、可靠性等网络功能的需求。5G标准也将不同业务对网络功能的需求特点归纳为三大典型场景，相应的这三大典型场景对应的网络切片的类型分别是eMBB切片、mMTC切片、uRLLC切片。 

5G不同行业的业务可以使用不同的切片网络来承载，即使提供相同业务的不同厂商可以作为切片网络的租户，购买、管理、运营各自的切片网络从而向自己的终端客户提供通信服务。如下图所示，汽车行业的要提供自动驾驶服务，汽车厂商A和B可以分别订购运营商提供的uRLLC类型网络切片，使用不同切片网络实例将通信服务提供给自己的最终客户，实现车辆和远程平台的实时、可靠连接。网络切片的租户还可以是另外一个运营商，这个运营商不建立自己的网络，直接使用其订购的切片网络，然后在一定范围内向自己的最终客户提供通信服务。

网络切片管理系统

切片网络是端到端的网络，因此网络切片需要引入一个全新的统一编排和管理的系统以支持切片的快速部署、协同工作和全生命周期管理。该全新的管理系统必须具备网络切片的按需定制能力、切片自动化部署能力、切片端到端监控和协同能力、切片智能运维能力。

如上图所示，协议定义由网络切片管理功能CSMF（Communication Service Management Function）、NSMF（Network Slice Management Function）和NSSMF（Network Slice Subnet Management Function）组成一个管理系统，实现跨RAN、TN、CN的端到端网络切片的协同和全生命周期管理。CSMF、NSMF、NSSMF具体分工如下：

网络切片的全生命周期管理主要业务流如下图所示，租户根据业务需求到切片管理系统提供的门户网站上提供业务属性（带宽、时延、连接数、移动性、可靠性、覆盖面积等）以订购通信业务，之后CSMF、NSMF、NSSMF、MANO协作部署满足租户业务需求的网络切片并对其进行管理运维。

网络切片部署功能

运营商购买物理资源后，应租户的需求部署切片网络。租户则在切片网络上向终端客户提供通信服务，然后对切片网络进行管理和运营。网络切片实例部署的完整过程如下图所示。

运营商进行切片模板设计时，可以直接使用设备商提供切片基础模板，或者对切片基础模板进行二次创建设计出不同规格的自定义切片模板。租户选购切片商品时，需要提交服务需求，例如服务区域、计费模式、隔离度、SLA参数等。运营商部署网络切片实例可以按照切片模板中的参数一键式部署或者根据提供新的网络规划参数进行自定义部署。

网络切片选择

切片选择涉及两个关键过程，一个是网络附着，一个是PDU会话建立。

1、用户开户时，签约数据中会包含用户支持的切片信息（例如切片A、B、C，其中A和B被标记为“default”，“default”表示在终端不携带切片信息时，网络侧默认用户支持接入的切片）。

2、终端初次入网注册时，终端未携带切片信息，AMF（负责接入管理的NF）将本地配置的切片信息与从UDM（负责用户数据管理的NF）获取的用户签约数据中的切片信息进行匹配。

• 如果AMF本地配置的切片信息包含签约的默认切片信息，则AMF判断可以为终端提供对应切片服务，在注册响应消息中携带用户在当前网络下可以使用的切片A、B。

• 如果AMF本地配置的切片信息中不包含签约的默认切片信息，则AMF判断自身不能为终端提供对应切片服务，AMF查询NSSF（负责网络切片选择的NF）获取可提供切片服务的其他AMF（Target AMF）信息，NSSF响应消息中携带为终端分配的切片配置信息。Target AMF在注册响应消息中携带用户在当前网络下可以使用的切片A、B。

3、用户激活业务时（例如，用户打开一个APP），终端会根据步骤2中的切片选择策略，选择对应的切片ID（例如网络切片A）进行业务触发，AMF选择切片A对应的SMF（负责会话管理的NF）为终端建立PDU会话。