5G核心网关键技术网络切片研究

◆吴英娜 余永聪 佟 巍

（广东省电信规划设计院有限公司 广东 510630）

网络切片（Network Slicing）是指运营商在一套物理网络之上切分出多个端到端的逻辑网络，每个网络都包含逻辑上隔离的接入网、传输网和核心网，每个逻辑网络可以对应不同的服务需求，比如时延、带宽、安全性和可靠性等，以灵活地应对不同的网络应用场景，适配各种类型服务的不同特征需求。

网络切片并不是一个独立的技术，它是基于云计算、虚拟化、软件定义网络、服务化架构等几大关键技术，并且通过上层的编排管理让各个网络具备统一的管理、调度、协同的能力。

5G的三大应用场景在功能方面对网络提出了不同的要求，并且它们的性能和管理要求也有很大差异，借助网络切片技术，运营商无须构建多张5G网络就能满足这些多样化的需求。

1 网络切片管理架构

网络切片是端到端网络，包括接入网RAN、传输网和核心网，需要跨域的切片管理系统；切片需要实现资源隔离、安全隔离和OAM隔离，不同域可以采用不同的技术，如核心网采用虚拟化、微服务、智能选择等技术；切片可以根据不同的需求进行差异化定制，如根据不同的业务场景（如典型的三大业务场景对应三个切片），根据不同的用户组（如为不同的企业划分不同的切片）。

网络切片管理架构自上而下包含三层（图1），分别为通信服务管理功能（CSMF）、网络切片管理功能（NSMF）、网络切片子网管理功能（NSSMF）。

用户通过CSMF向运营商订购切片，提交相应的通信服务需求（如用户数、带宽、时延需求等），CSMF进行用户需求到网络SLA、QoS等参数的转换。

NSMF负责跨域管理，将SLA参数解析为无线、传输、核心网三个子切片的具体需求。

NSSMF负责对各个子切片进行编排和部署，按照各个子切片的具体需求向网络申请资源，并负责对子切片进行生命周期管理。最终由MANO在NFVI上完成各个子切片及其对应的计算、网络、存储资源的部署。

图1 5G网络切片管理架构

2 核心网子切片关键技术

网络切片要发挥作用，需要接入网、核心网、传输和承载网、业务平台等端到端不同网络的配合和协同，本文仅对核心网子切片的关键技术进行分析。

2.1 网络虚拟化、服务化

核心网络的SDN/NFV化是实现网络切片的先决条件。NFV将网元功能软件和传统电信设备的硬件实体资源相解耦，将软件功能运行于通用服务器硬件上，实现了硬件资源的共享，促进网络功能的快速部署和业务容量的灵活分配。SDN将核心网的控制平面和转发平面进行分离，通过集中式的软件可编程的控制平面和分布式的转发平面，可以实现网关的灵活部署，简化运营复杂度，快速实现新业务交付。

5G采用服务化网络架构，控制面功能进一步分解为多个独立的网络功能NF，NF间在业务功能上解耦，对外呈现单一的服务化接口，服务化架构通过将网元功能拆分为更细粒度的网络服务，“无缝”对接云化NFV平台轻量级部署单元，从而为差异化的业务场景提供敏捷的系统架构支持。

运营商通过SDN/NFV平台将通用硬件资源进行虚拟匹配、映射，对应不同的逻辑功能，通过统一的编排管理按需定制不同的NF/微服务组合，满足不同用户、不同业务场景对网络能力的需求，从而实现网络的切片。

2.2 切片组网方式

根据不同用户、不同业务在优先级、计费、策略控制、安全、移动性、时延、速率等方面的差异化需求，核心网切片支持多种类型的切片灵活组网，如标准规定的3组切片组网场景：GROUP A为用户面和控制面都不共享；GROUP B为部分控制面网元共享，用户面和剩余控制面网元不共享；GROUP C为所有控制面网元共享，用户面不共享。

GROUP B为切片典型组网场景，共享的部分控制面网元分为公共服务NF和切片共享NF：公共服务NF每PLMN集中部署1套，如NSSF和NRF；共享NF可以为多个切片共享使用，如AMF、PCF、UDM等；用户面和剩余控制面网元不共享，为切片专用NF，基于切片对时延、带宽、安全等的不同需求，为每个切片单独部署，如SMF、UPF等。如图2所示。

图2 切片典型组网图

2.3 切片选择和能力开放

5G核心网中设置了两个和切片选择相关的网元：网络切片选择功能网元（NSSF）和网络数据分析功能网元（NWDAF）。NSSF支持根据用户的签约信息、位置信息等为UE选择提供服务的网络切片实例集；NWDAF可以为NF实时提供特定切片的网络数据分析信息，NSSF可以使用NWDAF提供的负载级别信息（如用户数、吞吐量、速率等）智能化地进行切片选择。

5G核心网中的能力开放功能网元（NEF）支持能力和事件的开放，通过标准的接口开放给第三方业务应用，更加智能化地满足行业用户的差异化需求。

3 网络切片规划部署

当前各大运营商结合5G标准进展和网络部署的节奏，都相继开展了基于5G核心网的网络切片试点部署和业务功能验证工作，初期基本聚焦典型的eMBB切片，例如高清视频录制、直播、AR/VR、高清游戏等业务，并且将网络切片和典型行业应用相结合，配合多接入边缘计算MEC下沉到网络边缘，实现一些超低时延业务的验证。

网络切片规划部署还面临标准不完善、与4G后向兼容、端到端协同等问题，还在不断实践摸索当中，在规划切片时，需注意切片的颗粒度和灵活性之间的平衡，切片的数量并不是越多越好，切片数量多虽然会增加灵活性和差异化服务的能力，但会极大地提升编排管理和部署的复杂性，资源共享难度增加，降低资源的利用率。因此需要将相似的需求进行归类，尽量减少切片数量对网络的挑战，并且通过统一的网络编排平台对切片进行协调管理，合理使用网络资源，经济合理地满足不同的业务需求。

4 结语

5G网络切片是信息通信行业与其他行业利器，也因此成为5G的主要特征之一。核心网的虚拟化、服务化、对切片的灵活组网和选择等特性支持网络切片可以根据不同的签约属性、位置信息等进行灵活的配置，运营商通过打造网络切片即服务（NSaaS）的经营模式，可以更好地满足行业用户的定制化需求，但在规划部署中还需要注意切片的颗粒度和灵活性之间的平衡。