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5G切片技术在5G toB业务中的应用研究
作者:赵法彬   添加时间:2021-11-01
基于5G切片技术在toB业务中的行业应用需求旺盛,文章从运营商角度,探索、设计了贯通终端、无线、承载、核心及固网的端到端的5G切片专线的业务方案和服务标准。

5G切片技术在5G toB业务中的应用研究

方  宇1,李若朋1,孙  颖2,张丽伟1,王晓韵1

(1.中国电信集团有限公司,北京  100010;2.中国电信股份有限公司研究院,北京  102209)

摘要:3GPP关于5G QoS等系列标准和规范已陆续推出[1],基于5G切片技术在toB业务中的行业应用需求旺盛,文章从运营商角度,探索、设计了贯通终端、无线、承载、核心及固网的端到端的5G切片专线的业务方案和服务标准,依托于中国电信5G、IP RAN、OTN等网络,开发了基于5G接入,提供点对点专线、入云专线等功能的综合型产品,在带宽、QoS、拓扑、连接数量、连接区域等方面提供可定制的差异化服务。并组织在北京等多省联合友好客户进行了业务验证,对技术方案、业务设计、网络和IT部署方案进行测试,系统功能、性能均达到业务设计指标。

关键词:5G;切片;5G QoS;5QI;5G切片专线


Research on the Application of 5G Network Slicing Technology in the Field of 5G Enterprise Business

FANG Yu1, LI Ruopeng1, SUN Ying2, ZHANG Liwei1, WANG Xiaoyun1

(1.China Telecom Group Co., Ltd., Beijing 100010, China; 2.China Telecom Research Institute, Beijing 102209, China)

Abstract: In response to the strong demand for industry applications of 5G slicing technology in the toB business, 3GPP standards and regulations of the 5G QoS have been laid out progressively. From the perspective of service carriers, this article elaborates the design of the business scheme and service standard for the end-to-end 5G network slicing dedicated line, which connects terminal, wireless, bearer, core and fixed network. Relying on China Telecom 5G, IP ran, OTN and other networks, we have developed comprehensive 5G-access-based products to provide point-to-point dedicated lines, cloud access dedicated lines, and other functions. The business scheme described herein has been verified in Beijing and other provinces via collaboration with potential customers. Specifically, the technical solution, business model, network and IT deployment scheme are all successfully tested. The results indicate that the proposed business scheme provides adequate system functions and its performance meets the industry work design criterion.

Key words: 5G; 5G network slicing; 5G QoS; 5QI; 5G network slicing dedicated line


0  引言

2019年6月6日,工业和信息化部正式向中国电信、中国联通、中国移动和中国广电等四家运营商发放5G商用牌照,中国成为第五个正式商用5G的国家,意味着中国5G时代正式来临,未来几年5G将成为通用的接入方式。

5G丰富的应用场景对运营商供给侧综合能力提出了挑战。ITU定义了5G三大应用场景:eMBB(增强移动宽带)、mMTC(海量大连接)、URLLC(低时延高可靠)。然而不同行业往往在多个关键指标上存在差异化要求,因此5G系统需要支持带宽、时延、抖动、丢包率,以及安全性、可靠性、可用性等多重、组合式的定制需求。

在5G时代,产业端和消费端的价值创造模式将发生颠覆式改变,新的商业模式应运而生,toB的赋能服务价值凸显。网络切片作为5G的标志性能力,为运营商拓展垂直行业领域提供了重要手段[2]。从运营商自身业务升级角度而言,面向政企客户提供定制化的5G专网、专线业务,是5G网络价值显性化和产品化的重要发展方向。基于以上需求分析,中国电信设计开发了基于云网端到端切片技术的5G切片专线业务。


1  业务设计

1.1 业务功能

5G切片专线业务是基于5G接入提供点对点专线、入云专线等功能的综合型产品。在带宽、QoS、拓扑、连接数量、连接区域等方面提供可定制的差异化服务,并可按需实时调整[3]。

5G切片专线业务的核心功能是5G网络切片与固网专线的端到端协同,包括5G接入与OTN、IPRAN接入方式组合的点到点专线、入云专线功能,支持多个5G侧终端共用一条专线。5G切片专线具有以下业务特性:

(1)业务功能可定制:客户可选择专线、入云功能之一或两者组合,并可在接入方式(固网侧)、接入区域、接入终端数量、保障类型等方面按需选择。

(2)业务质量可承诺:基于网络切片与QoS能力,提供包括5G、骨干网、城域网、云内网等部分的端到端业务质量保证,客户按需选择。

(3)业务开通自动化:基于新型运营系统架构,实现跨域端到端业务自动开通和统一交付。

(4)超高安全性:针对高数据安全需求场景,客户需要使用的网络资源、业务路由与其他业务物理隔离。


1.2 应用场景

本业务初期主要面向固网专线的几个痛点场景(包括但不限于):一是移动性站点场景,客户终端有移动性要求,如户外直播、移动性工程队、医疗队、其他移动性站点等;二是光纤难以布放的场景,需要在无光纤条件实现专线组网,如高温车间、港口码头、矿山等;三是对光纤进行备份的场景,满足客户通信高可靠性要求,采用5G网络实现专线备份。


1.3 业务分类

5G切片专线业务根据空口保障类型和切片类型,分为5G优享专线、5G尊享专线、5G独享专线三类,根据业务应用场景和网络性能指标要求的差异对应设计多个子类。

(1)5G优享享专线:为客户提供空口高优先级的点到点组网和入云服务,基于Non-GBR类5QI提供空口优先级保障,同时在承载网、核心网提供QoS协同,使客户业务在时延、丢包率、抖动等网络指标方面优于普通等级业务[2]。客户可选择视频类、低时延类、通用类保障等三类保障服务。

(2)5G尊享专线:为客户提供空口保障带宽的点到点组网、入云服务,基于GBR类5QI提供空口资源保障,同时在承载网、核心网提供QoS协同,使客户业务获得端到端稳定带宽,并在时延、丢包率、抖动等网络指标方面优于普通等级业务。客户可选择视频直播类、超低时延类、通用类保障等三个类别保障服务。

(3)5G独享专线:指基于客户独享切片开通专线业务,适用于对系统和数据安全高敏感的客户,如公安、金融、工业控制等;或对通信安全性和保障要求高的虚拟专网客户。这类业务基于客户定制切片提供独享的网络资源,提高业务安全隔离性以及资源自管理能力。


2  实现方案

5G切片专线业务基于云网端到端切片技术,协同运用5G网络切片、端到端QoS、固移云网协同等网络能力,实现客户专线业务的统一交付和差异化保障。


2.1 技术实现要点

5G切片专线业务在5G SA核心网中采用DNN实现客户流量之间的隔离,并与不同5G外网隔离通道进行对接,保证客户业务端到端隔离。5G尊享专线和优享专线,采用逐段QoS映射实现端到端质量保障,多个客户共享一个端到端网络切片;5G独享专线,采用5G网络独享切片,保障客户在5G网内资源独享。5G网段与外网段衔接构成点对点专线、入云专线等不同场景的专线服务。


2.2.1 固移协同组网方案

5G切片专线业务将5G网络与固网专线相结合,针对客户差异化的业务需求,协同运用5G网络切片、端到端QoS,通过融合网关设备拼接5G接入侧和固网接入侧,利用OTN、IP RAN的跨域专线能力,分别实现本地、广域的5G-IP RAN、5G-OTN、5G入云等点到点组网,以及无线网、承载网、核心网到固网侧的端到端业务隔离。


2.2.2 网络切片方案

5G切片专线业务实现了5G无线、承载、核心网之间的端到端切片映射。5G无线、承载、核心三段子切片构成端到端切片,通过在无线网和核心网配置切片标识,并基于切片标识建立与承载网两端入口VLAN标识的关联,实现无线网、承载网、核心网的端到端切片映射连接。业务层面根据客户签约情况调用合适的切片能力。


2.2.3 QoS方案

对于5G优享和尊享专线,采用全网预置的逐段QoS映射方式实现端到端质量保障。映射机制是由5QI和DSCP在无线、承载网和核心网之间的逐段映射实现,具体如下:

(1)无线网侧预先配置5QI和DSCP的映射关系,上行报文从5G CPE到达gNB时,按预置映射关系将5QI映射为相应DSCP标识,后将报文转发至承载网;对承载网下行报文,gNB根据预置映射关系将DSCP映射为5QI后进行空口侧的QoS优先级调度[4]。

(2)承载网预置DSCP与EXP、PQ/WFQ映射关系,承载网收到基站上行报文或者核心网下行报文后,识别DSCP标记并采用DSCP优先级调度策略实现QoS优先级调度。

(3)核心网侧预先配置5QI和DSCP的映射关系,5G网侧上行报文到达5G核心网UPF后,按映射关系将DSCP映射到5QI,后进行相应QoS调度处理;5G外网侧下行报文到达5G核心网UPF后,按映射关系将5QI映射为相应的DSCP标识,后将报文发至承载网。

(4)QoS可在4G、5G之间映射,5G切片专线终端移动到4G网络内仍可基于4G网络能力为客户提供高等级业务保障[5]。


2.3 组网方案

5G切片专线组网方案中涉及在每个5G UPF资源池部署一套融合网关设备,实现5G侧与IP RAN侧、OTN侧的网络衔接。以5G+IPRAN组网为例,面向客户A端由5G移动接入、Z端由IP RAN方式接入的场景。组网方案如图1所示。

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图1 5G+IP RAN固网接入组网方案

IP RAN网络中新增融合网关设备连接5G UPF和IP RAN固网侧。用户A端由5G接入后,在无线基站和核心网UPF之间采用GTP隧道进行用户间隔离,在UPF内部采用每用户独立DNN方式进行隔离,UPF和融合网关设备之间采用每用户独立VLAN方式隔离和区分,融合网关和用户Z端设备间以PW专线方式隔离和区分。


3  业务方案的创新与应用

3.1 创新点

本业务方案充分发挥运营商基础网络与顶层架构革新相结合的优势,具有较高程度的创新性和不可替代性。具体如下:

(1)5G网络与5G外网相结合,实践运营级端到端切片能力。引入了承载网切片和5G核心网切片,结合无线网专网专用和QoS能力,在5G网络部分提供具备SLA保障的刚性管道以及资源弹性可调能力,适用于区域相对封闭、希望专网专用的客户。对于非封闭区域、不具备单独组网条件的客户,通过5G无线网QoS资源调用,不同业务需求的专线客户配置不同类型的5QI,再经承载网和核心网相关保障切片,最后进入云或其他专网。

(2)专线端到端SLA无缝对接,提供电信级服务保障。利用5G网络各子网QoS能力,使客户专线流量在5G网内获得不同的SLA等级,进一步在5G外网拼接上对应等级的外网分段资源,可形成端到端全程完整的SLA服务级别。本业务方案支持SLA按需配置,可提供多种可选SLA等级,客户可根据自身业务特性,对带宽、时延、连接终端数量、接入覆盖范围等进行选择。

(3)创新设计5G切片专线产品架构,核心模块完全自研。本业务方案在系统架构上与5G SBA架构保持一致,可与5G核心网进行协同编排。通过新一代运营系统的编排模块对南向各控制系统、网管系统进行自动化配置,实现多类网络资源的自动化协同配置,包括5G网、IP网、传输网、云网等,使得客户所需专线服务能够在秒级时限开通(除固网段外)。

(4)创新业务方案适用于各类5G终端,无须终端特殊配置。通过核心网配置实现对客户号卡的业务签约权限控制,客户5G切片专线所使用的DNN、5QI、5G外网资源均为局侧配置数据,对5G终端没有特殊的配置要求,支持5G SA的终端,完成订购后开机即可使用。


3.2 转化应用情况

方案的实施综合考虑了中国电信5G网络部署进程、国际标准冻结进展、产业链成熟度进程等因素,基于5G网络各阶段能力,同时结合现网传输、IP资源、云服务能力,分阶段实施。

2019年4月,中国电信启动5G切片专线产品开发工作,目前已完成电信北京、上海、广东等多个省份试点,联合友好客户完成了多个场景业务测试,后续将定位面向政府和企业客户的新型5G云网融合业务,进行全国部署和推广。

从社会效益角度看,5G切片专线产品,聚合终端、无线、承载、核心等多个专业的软硬件厂商,落实自主创新战略思想,着力实现5G从技术到服务,从标准到价值的转化,提升工业、农业、医疗、教育等多个关系国计民生的重要行业的生产效率,助力各行业享受5G红利,蓬勃发展。

从经济效益角度看,随着SA网络建设完成,将每年为中国电信增加亿元级直接业务收入。


4  结束语

中国电信将持续以5G切片专线业务体系为切入点,开放5G应用生态合作,大力推进中国5G创新与产业升级。


参考文献

[1] 3GPP.3GPP TS 23.107 V15.0.0:Quality of Service (QoS) concept and architecture;(Release 15)[S].2018.

[2] 于仰源.5G网络切片技术与服务质量的区别[J].电子技术与软件工程,2019(22):6-7.

[3] 曹亚平,等.5G QoS优先级调度策略在5G toB业务中的应用.移动通信,2020, 44(07):29-35.

[4] 杜安静.NGBR和GBR在高话务保障场景中的比较分析[J].信息通信,2019(8):238-240.

[5] 3GPP.3GPP TS 23.501 V16.2.0: System Architecture for the 5G System(5GS); Stage2(Release 16)[S].2019.


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