2020年中国5G网络切片简介、分级原则及架构、5G网络切片应用场景、安全需求及产业应用建议分析[图].docx
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1、2020年中国5G网络切片简介、分级原则及架构、5G网络切片应用场景、安全需求及产业应用建议分析图 一、5G网络切片简介 1、网络切片概述 网络切片是指为服务某个行业或某种应用场景,从网络中选取特定的特性和功能,定制出一个逻辑上独立的虚拟专用网络。一个虚拟专用网络就是一个切片,不同切片之间相互隔离。也就是说,在同一个物理网络上切分出多个功能、特性各不相同的逻辑网络,同时支持多种业务场景,相当于为每一个场景专门搭建一个网络。每个5G端到端网络切片都可以提供一套完整网络的功能,包括接入网功能和核心网功能。 网络切片技术使得网络运营商能够在统一的基础设施上为多个行业用户提供满足其定制化需求的多个专用
2、虚拟网络,典型的网络切片架构如图1所示。网络切片具有的特点:一是可根据业务需求对网络功能进行定制裁剪和灵活组网,从而优化业务流程和数据路由;二是切片生命周期结束之后可以将资源释放给其他虚拟网络,实现网络资源的动态分配和灵活调整,提高网络资源利用率;三是可以隔离不同业务场景所需的网络资源,提供网络资源保障,从而增强整体网络的健壮性和可靠性;四是可提供差异化、端到端的安全机制,满足各应用场景不同的安全需求;同时,良好的切片间隔离还可以保障任何一个切片发生故障都不会影响到其他切片,增强网络的安全性。数据来源:公开资料整理 传统网络通常是一种架构满足所有业务需求,而5G时代,利用网络切片技术,可以做到
3、为每种有特定需求的业务量身定做专用虚拟网络(切片),其中特定需求包括功能需求(如优先级、计费、策略控制、安全、移动性等)、性能需求(如时延、移动性、可靠性、速率等)、服务对象(如所有用户、漫游用户、虚拟运营商等等。 因此,网络切片技术将从根本上改变传统的移动通信网络架构、网络规划及部署模式,同时也给运营商开拓商业模式带来新的契机,如给垂直行业提供网络切片服务,使其可在给定的权限范围内控制运营商的网络切片,实现定制化服务。 2、网络切片实现方案 一个UE(用户设备)通过5G接入网可以同时连接到一个或多个网络切片(最多8个)。服务于UE的AMF(接入管理功能)在逻辑上属于为UE服务的每个网络切片,
4、即该AMF对于服务于UE的网络切片来说属于共享网络功能。同时,由于切片隔离,AMF可能只为部分切片服务,因此终端发起注册请求时,接入网需要先进行初始AMF选择,然后AMF进一步进行切片选择,某些场景下可能会触发AMF的重选流程来适配终端希望连接的切片。注册完成后,AMF会通知UE其可以接入的切片信息。当AMF接收到来自UE的PDU会话建立请求消息时,该AMF会进一步发起网络切片中的SMF发现和选择过程。 二、分级原则及架构 智研咨询发布的2020-2026年中国5G网络建设行业发展模式及投资价值研究报告数据显示:不同于传统的4G网络“一条管道、尽力而为”形式,5G网络切片旨在基于统一基础设施和
5、统一的网络提供多种端到端逻辑“专用网络”,最优适配行业用户的各种业务需求。从性能指标、功能差异、对网络的需求、运维模式等方面分析后,可以将用户对5G需求归纳为2大类:1.公众网用户需求:全面继承4G时为个人提供的业务,保证一致甚至更好的用户体验。2.行业网用户需求:1)普通行业需求:面向普通行业用户,存在一定的隔离、业务质量保障需求,在连接管理等方面有定制化差异。2)特需行业需求:面向电网、党政军等具有高度隔离、或者高业务质量保障等特殊需求的用户,安全等级要求极高。5G公众网与行业网既有共享,又有区隔。公众网与行业网共享核心网硬件资源池、传输资源、无线资源,充分发挥网络规模效应;此外,公众网与
6、行业网用户层面可以分别采用物联网码号和公众网码号进行隔离,又可独立网元、独立资源、独立基站等,提供多样的灵活架构和配置方式。数据来源:公开资料整理 总之,为应对上述两大类5G网络切片需求,综合考虑隔离性以及部署运营要求,5G网络切片分为公众网切片、行业网切片两个相对独立的网络。本文针对性的推出不同能力的多等级切片解决5G用户的差异化需求。根据网络现有能力,在不同切片等级内组合无线、传输、核心网和安全及运营等能力,匹配网络最有可能的部署策略,总共形成5种切片能力等级满足5G三大类需求。数据来源:公开资料整理网络切片分级网络切片分级切片等级资源隔离L0L1L2L3L4数据来源:公开资料整理 1、切
7、片等级:一共五个切片等级:L0-L42、网络类型:一共两种网络类型:公众网,行业网3、等级划分:公众网有两种等级:普通、VIP;行业网有三种等级:普通、VIP和特需 4、切片分级定义:为每一种切片等级进行具体的定义。5、资源定制:一共三种选项:完全共享、部分独占和完全独立。建设初期会将公众网和行业网区分开,具有天6、业务体验:1)安全:一共五种选项:基本安全、eMBB增强安全、业务特性安全、业务特性高阶安全和全面高阶安全,根据不同切片等级及网络类型配套不同的安全能力。2)运营运维:一共三种选项:无运营运维,行业可视和行业可管,具体分类说明详见3.3章。3)定制化服务:除公众网普通用户无特殊需求
8、外,从L1-L4均需要不同的质量保障能力,需根据不同场景按需求提供。除上述几大网络基础能力(网络资源、隔离性、运营运维、安全和SLA)外,不同的垂直行业还会有各自的定制化需求,需要网络切片提供定制化能力,如支持Non-IP传输、支持时钟同步、支持设备高处理速度等,都可以在上述每种能力等级基础上额外叠加。当前切片分级白皮书主要针对eMBB和低时延切片,后续uRLLC及mMTC场景根据标准完善情况和现网成熟度再进行等级优化。 三、分级方案 我们已经将5G网络切片根据三种类型需求分为L0-L4五种能力等级,主要通过四个维度:网络资源隔离性、运营运维、安全和定制化服务来区分每种能力等级。本章将基于上述
9、维度,从各个域分析,给出五种分级能力的详细方案。 1、5G网络切片隔离能力 1)无线切片隔离方案 无线侧当前能提供4组组合能力,根据切片等级划分原则进行映射。以下是无线侧组合划分及映射原则:无线切片隔离方案主要实现网络切片在NRRAN部分的资源隔离和保障。根据业务的时延,可靠性,和隔离要求,可以分为切片级QoS保障、空口动态预留、静态预留。结合不同业务场景的不同需求,这里给出典型的无线侧切片分级建议,以及每级隔离度可对应的典型行业和业务场景划分如下表。5G无线网络切片分级建议数据来源:公开资料整理 在无线空口保障中,绝大部分都是通过差异化QoS优先级方式进行业务保障,以提升频谱这类稀缺资源的使
10、用效率,但随着5G逐步渗透到各行各业的生产和管理环节,就需要无线侧提供不同等级保障;(一)无线空口资源调度可能的方式包括QoS(5QI)优先级、RB资源预留和载波隔离。1、基于QoS的调度:可以确保在资源有限的情况下,不同业务“按需定制”,为业务提供差异化服务质量的网络服务,包括业务调度权重、接纳门限、队列管理门限等,在资源抢占时,高优先级业务能够优先调度空口的资源,在资源拥塞时,高优先级业务也可能受影响;2、RB资源预留:允许多个切片共用同一个小区的RB资源。根据各切片的资源需求,为特定切片预留分配一定量RB资源。RB预留分为静态预留和动态共享。3、载波隔离:不同切片使用不同的载波小区,每个
11、切片仅使用本小区的空口资源,切片间严格区分确保各自资源。 2)传输切片隔离方案 RAN与CN之间的移动传输网络根据对切片安全和可靠性不同诉求,分为硬隔离和软隔离,根据业务要求隔离度、时延和可靠性不同需求,传输承载技术包括:FlexE/MTN接口隔离、MTN交叉隔离和VPN+Qos隔离不同技术。 (一)硬隔离(HardIsolation)技术 1、FlexE接口隔离:FlexE/MTN接口是基于时隙调度将一个物理以太网端口划分为多个以太网弹性硬管道,在网络接口层面基于时隙进行业务接入,在设备层面基于以太网进行统计复用。2、MTN交叉隔离:基于以太网64/66B码块的交叉技术,在接口及设备内部实现
12、TDM(时分复用)时隙隔离,从而实现极低的转发时延和隔离效果。单跳设备转发时延最低510us,较传统分组交换设备较大提升。FlexE/MTN接口隔离技术可以组合MTN交叉隔离技术或分组转发技术进行报文传输,每个FlexE/MTN接口的Qos调度是隔离的。 (二)软隔离(SoftIsolation)技术 VPN+Qos隔离:VPN实现多种业务在一个物理基础网络上相互隔离。VPN+Qos软隔离不能实现硬件、时隙层面的隔离,无法达到物理隔离效果。传输侧当前能提供4组通道能力,根据切片等级划分原则进行映射。以下是传输侧通道划分及映射:5G传输网络切片分级建议5G传输网络切片分级建议切片等级映射L1L0
13、L2L3L4数据来源:公开资料整理 1、VPN共享+Qos调度:组合VPN共享+Qos调度技术,转发基于IP包转发,流量参与Qos调度;2、VPN共享+FlexE/MTN接口隔离:组合FlexE/MTN接口+Qos调度,业务接入基于时隙隔离,转发基于IP包转发,VPN共享,流量参与Qos调度,较传统分组交换设备隔离效果提升,但弱于MTN通道转发;3、VPN隔离+FlexE/MTN接口隔离:组合FlexE/MTN接口隔离+Qos调度,业务接入基于时隙隔离,转发基于IP包转发,VPN隔离,流量参与Qos调度,较传统分组交换设备隔离效果提升,但弱于MTN通道转发;4、端到端MTN通道:组合MTN接口
14、和MTN交叉隔离技术,业务接入基于时隙隔离,转发基于MTN交叉技术,业务为物理隔离,单跳设备转发时延最低510us,较传统分组交换设备有较大提升。 3)核心网切片隔离方案 核心网切片隔离方案主要实现网络切片在5GCORE部分的资源和组网隔离与SLA保障。其中资源视图主要针对为切片隔离分配的5G核心网硬件资源层、虚拟资源层和网元功能层;而组网视图则主要针5G核心网数据中心内的交换机/路由器设备的隔离性。数据来源:公开资料整理 基于上述5G核心网的资源和组网两个视图,结合不同业务场景的不同隔离性需求,这里给出典型的隔离度分级建议,以及每级隔离度可对应的典型行业和业务场景如下表:5G核心网络切片分级
15、建议5G核心网络切片分级建议切片等级映射硬件资源层L0L1L2L3L4数据来源:公开资料整理 1、硬件资源层:主要指基于X86或者ARM架构的各种服务器,可支持“共享”和“独占”两种隔离模式,其中独占模式也就是我们常说的“物理隔离”;2、虚拟资源池:亦即网络功能虚拟化基础设施(NFVI:NetworkFunctionsvirtualisationInfrastructure),通过虚拟机、容器等虚拟化技术,在通用性硬件上承载传统通信设备功能的软件处理,从而实现新业务的快速开发、部署和弹性缩扩容。虚拟资源池同样可支持“共享”和“独占”两种隔离模式,其中独占模式也就是我们常说的“逻辑隔离”;3、网
16、元功能层:如上所述,得益于3GPP标准定义的网络虚拟化(NFV:NetworkFunctionsVirtualisation)和服务化架构(SBA:ServiceBasedArchitecture),5G核心网的网络功能/虚拟网络功能层(NF/VNF:NetworkFunction/VirtualNetworkFunction)同样可以支持不同层级的按需隔离模式,保证不同切片间的业务独立性:独立性:1)完全共享模式:能力等同于2/3/4G网络的“一条跑道、尽力而为”,通常适用于公众网的普通消费者业务,对于安全隔离性无任何特殊需求;2)部分独占模式:结合行业实际需求,通过共享大部分网元功能+少量
17、网元功能独占专享的方式,在安全隔离性需求和成本之间做到最佳平衡,从而能够满足大多数通用行业的网络切片分级需求。3)完全独占模式:能力等同于建设一张完整的行业专用核心网,安全隔离性最好、但建设和运营成本也最高。因此仅适用于极个别需要超高安全隔离性而对成本不敏感的特殊行业。数据来源:公开资料整理 2、5G网络切片安全能力 为支持不同业务的端到端安全保护,需要灵活的安全架构,提供多层次的切片安全保障,当垂直行业用户有特定的安全需求时,可向运营商定制不同等级安全保护的网络切片。差异化安全能力包括管理安全能力、网络设备资源安全能力。数据来源:公开资料整理 安全管理能力: 1)5G网络的安全态势可视能力:
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