侯樂，徐雷，賈寶軍

中國聯合網絡通信有限公司研究院，北京100176

引 言

2019年6月工信部向運營商正式頒發(fā)5G 牌照，宣布5G 商用時代的到來[1]。面對千行百業(yè)的差異化網絡需求，國內運營商都在規(guī)劃并建設基于獨立組網架構（SA）的5G 網絡，以充分滿足增強型移動帶寬（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）、超高可靠性低時延（URLLC）、車聯網（V2X）四類業(yè)務場景[2]。網絡切片作為5G SA 組網模式下的關鍵性技術之一，備受產業(yè)界的關注[3-6]。

網絡切片是可以根據每個客戶的需求進行差異化處理的一個概念。通過切片，運營商可以將客戶視為屬于不同的租戶類型，每個租戶可以對應不同的服務請求，這些服務請求根據服務等級協(xié)議（SLA）管理每個租戶有資格使用的切片類型和業(yè)務[7]。

網絡切片為行業(yè)客戶提供了更為全面的網絡方案。傳統(tǒng)專網模式具有建設與運維成本高、開通時間長等痛點問題，無法為客戶提供高效便捷的網絡服務；基于公網的互聯網模式，雖然實現了高效便捷的網絡連接，但無法提供高可靠性以及具有差異化的網絡服務，難以滿足行業(yè)需求。5G 網絡切片技術兼具了傳統(tǒng)專網和互聯網模式的優(yōu)點，有利于實現網絡配置效率和資源成本之間的相互平衡。網絡切片融合了現今幾乎大部分主流技術成果，如云計算、SDN、NFV、容器等技術。網絡切片是以網絡能力資源池化為核心的網絡產品的重構，是資源合理高效使用的必然結果。通過網絡切片，在同一網絡基礎設施上按照不同的業(yè)務場景和業(yè)務模型，利用虛擬化技術，進行網絡功能的裁剪定制、網絡資源的管理編排，形成多個獨立的虛擬網絡，為不同的行業(yè)應用場景提供“相互隔離”的網絡環(huán)境。網絡切片所具備的這種可以靈活按需定制網絡特點，充分滿足了不同客戶對網絡能力的不同需求。

1 5G 網絡切片挑戰(zhàn)的分析

本文從技術角度與業(yè)務角度兩個維度，分析當前階段運營商在5G 網絡切片落地工作中所面臨的相關挑戰(zhàn)。

1.1 技術挑戰(zhàn)

從技術角度方面，5G 網絡切片在落地過程中面臨如下挑戰(zhàn)。

（1）網絡切片運營管理平臺需要進行標準化。當前運營商希望自主研發(fā)網絡切片運營管理平臺，并與設備廠商提供的無線網、承載網、核心網子切片管理系統(tǒng)進行對接。不同廠商的系統(tǒng)之間存在天然差異性，運營商面臨著需要對切片運營管理平臺的功能與接口進行標準化的挑戰(zhàn)。

（2）網絡切片落地需要明確的模板，網絡切片模板是支撐網絡切片快速部署的關鍵內容。模板的創(chuàng)建與運營商網絡設備能力息息相關。運營商為了滿足切片部署緊迫需求，需要評估各自網絡能力，明確制定網絡切片模板。

（3）跨專業(yè)線的拉通需要更多適配，端到端網絡切片落地需要接入網、承載網、核心網各專業(yè)線緊密配合，目前各專業(yè)線內部切片如何標識、各專業(yè)線之間的切片標識如何映射等問題亟待解決。

1.2 業(yè)務挑戰(zhàn)

從業(yè)務角度方面，5G 網絡切片在商用化過程中面臨下列挑戰(zhàn)。

圖1 5G 端到端網絡切片邏輯架構圖Fig.1 5G end-to-end network slice logic architecture

（1）商業(yè)模式具有不確定性，5G 網絡切片具有多種商業(yè)模式設想，如直接面向公眾用戶提供切片服務、面向行業(yè)客戶提供切片服務、與行業(yè)客戶合作為其用戶提供切片服務等。目前運營商仍然需要充分確定各自網絡切片的商業(yè)模式，才能有效開展相關業(yè)務。

（2）產品形態(tài)不清晰，運營商往往希望將差異化的網絡能力包裝成標準化的切片產品進行推廣，然而行業(yè)客戶往往需求定制化切片服務。如何做到標準化切片產品與定制化的切片產品之間平衡，形成清晰的產品形態(tài)是運營商網絡切片商用化面臨的挑戰(zhàn)。

（3）計費方式的多樣性，目前沒有明確的計費模式，行業(yè)客戶往往希望計費方式能夠足夠靈活，如根據使用量計費、使用時間計費、使用次數計費等。目前多量綱的計費方式為運營商切片業(yè)務的開展帶來了更多的挑戰(zhàn)，需要更加深入的探索。

2 5G 網絡切片管理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構

5G 端到端網絡切片具備將網絡資源靈活分配，網絡能力按需組合，基于一個5G 網絡虛擬出多個具備不同特性邏輯子網的能力。每個端到端切片由終端、核心網子切片、無線網子切片、傳輸網子切片組合而成，并通過網絡切片管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一編排與管理。

網絡切片管理系統(tǒng)是5G 網絡切片的大腦，為了實現5G 網絡切片端到端管理，3GPP 定義了三層架構模式，包括通信服務管理功能（Communication Service Management Function，CSMF）、網絡切片管理功能（Network Slice Management Function，NSMF）和網絡切片子網管理功能（Network Slice Subnet Management Function，NSSMF）[8]。

CSMF 是通信服務管理功能，與運營商網絡的業(yè)務支撐系統(tǒng)（BSS 域）對接。租戶通過CSMF 向運營商訂購切片，并提交相關的SLA 需求（比如在線用戶數、平均用戶速率、時延需求等）。CSMF 將用戶的通信服務需求轉換為對NSMF 的網絡切片需求，并轉發(fā)給NSMF。CSMF 管理對象為通信服務，每個通信服務由1 個或者多個網絡切片功能完成。

NSMF 是網絡切片管理功能，負責切片的編排、部署和維護，與運營商的運營支撐系統(tǒng)（OSS域）對接，同時對接CSMF 和NSSMF。NSMF 接收從CSMF 下發(fā)的網絡切片部署請求，將網絡切片的端到端SLA 需求分解為網絡子切片的SLA 需求，向NSSMF 下發(fā)網絡子切片部署請求。NSMF 管理對象為網絡切片，每個網絡切片可以由0 個或者1 個或者多個網絡切片子網組成。

NSSMF 為網絡切片子網管理功能，負責子切片的編排、部署和維護。NSSMF 可以按照專業(yè)領域分為無線網RAN-NSSMF、承載網BN-NSSMF、核心網CN-NSSMF。各專業(yè)領域的NSSMF 統(tǒng)一接收從NSMF 下發(fā)的網絡切片子網部署需求，將網絡切片子網的SLA 需求映射為網絡服務的QoS 需求，并下發(fā)給各自的網關系統(tǒng)， NSSMF 管理對象為網絡切片子網，每個網絡切片子網可以是一個基礎的子切片，也可以是多個基礎子切片組合成的子切片，每個子切片可以包含1 個或者多個網絡功能。

5G 網絡切片管理系統(tǒng)通過CSMF、NSMF、NSSMF 與管理編排器（MANO）和網元管理系統(tǒng)（EMS）的交互實現端到端的切片編排與管理，包括切片設計、切片生命周期管理、切片配置與激活及SLA 的監(jiān)控與保障。

目前，NSSMF 與各設備廠商的網管系統(tǒng)通常以緊耦合的方式進行合設。國內運營商則希望通過自主研發(fā)的方式實現CSMF 和NSMF。

本文結合運營商與設備廠商在網絡切片管理系統(tǒng)的合作建設進展，提出一種網絡切片管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由CSMF 與NSMF 兩部分組成，功能架構如圖2 所示。

2.2 功能分析

2.2.1 CSMF 功能分析

圖2 5G 網絡切片管理系統(tǒng)功能架構圖Fig.2 Functional architecture of 5G network slice management system

CSMF 作為受理客戶切片業(yè)務的入口，北向為客戶提供切片訂購功能；東側對接信息化系統(tǒng)完成業(yè)務受理、計費和批價；南側對接NSMF 實現切片功能以及切片成員策略管理。

CSMF 主要功能包括：

（1）訂單管理

切片運營平臺提供全方位的訂單管理能力，包括切片商品訂購、切片成員管理功能、訂單管理等功能。

（2）商品管理

切片運營平臺提供豐富的商品管理能力，包括切片商品創(chuàng)建、發(fā)布、查詢、刪除、資源管理、評估等功能。

（3）切片服務模板管理

切片運營平臺實現通信服務功能目錄，用于管理服務模板，支持模板的新增、查看、復制、刪除、發(fā)布、禁用等操作。

（4）業(yè)務查詢

切片運營平臺提供多維度的業(yè)務查詢服務，支持切片實時查詢、用戶實時查詢、用戶使用記錄查詢、統(tǒng)計信息查詢等功能。

（5）客戶管理

切片運營平臺支持客戶管理及成員管理，可實現企業(yè)客戶信息的管理功能。

（6）能力開放

通過能力開放的運營平臺，賦能合作伙伴，完成商業(yè)能力的接入、編排、發(fā)布與監(jiān)控。

（7）切片成員策略管理

切片運營平臺支持為切片成員制定策略，并將制定好的策略下發(fā)給NSMF。

（8）切片模板管理

切片運營平臺支持切片模板查詢、編輯下發(fā)等功能。

2.2.2 NSMF 功能分析

NSMF 北向與CSMF 對接，接受由CSMF 下發(fā)的網絡切片SLA 需求并負責相應網絡切片實例的創(chuàng)建及生命周期管理；南向與各專業(yè)領域切片子網管理功能對接，完成網絡切片子網生命周期管理的能力創(chuàng)建和管理。

NSMF 主要功能包括：

（1）切片模板管理

該功能實現對網絡切片模板（NST）的管理功能，包括NST 模板的上載、啟用、禁用、更新、查詢、刪除以及變更通知等功能。

（2）切片模板設計

該功能可通過在線或者離線的方式，在圖形化界面對網絡切片模板進行創(chuàng)建、修改、刪除和查詢等操作。切片模板設計內容包含了網絡切片模板基本信息（比如：標識、網絡切片類型等）；網絡切片SLA 參數模型(比如：覆蓋區(qū)域、時延、容量、移動性、可靠性等)，參數符合NSI NRM 定義[9]。

（3）切片生命周期管理

端到端網絡切片實例的生命周期管理是NSMF最主要的功能，NSMF 要支持網絡切片實例完整生命周期流程中各功能要求。切片生命周期管理功能包含了網絡切片的創(chuàng)建、激活、去激活、更新、終止等功能實體。

（4）NSSMF 接入管理

通過該功能實現NSMF 對無線、傳輸和核心網領域NSSMF 接入管理，支持每個領域多個NSSMF接入NSMF，并支持NSSMF 的增、刪、查、改操作。

（5）切片資源管理

NSMF 可以實現根據S-NASSI、NSI ID、NSSI ID 對網絡切片、網絡切片實例和網絡切片子網實例的相關資源信息進行采集與查詢。

（6）切片性能管理

切片性能管理包含性能數據采集、性能指標生成、性能指標查詢及性能指標告警等功能。

（7）切片故障管理

NSMF 告警監(jiān)控范圍為與網絡切片和網絡切片實例相關的：網元告警、網絡切片實例的告警、虛擬資源告警、物理資源告警、NSMF 自身告警、NSSMF 告警。

圖3 網絡切片實例生命周期管理流程示意圖[7]Fig.3 Flow chart of network slice instance life cycle management

（8）切片策略管理

NSMF 對網絡切片SLA 保障策略和網絡切片故障自愈策略進行管理，支持策略的創(chuàng)建、更新、激活、去激活、查詢和刪除等操作。

（9）切片SLA 管理

SLA 管理主要是將 CSMF 根據客戶業(yè)務需求發(fā)送給 NSMF 的 SLA 參數進行管理，用于切片實例的創(chuàng)建，并根據需要向 NSSMF 中的子切片實例進行 SLA 參數分解或傳送。

（10）網絡切片數據開放

NSMF 向認證的第三方開放網絡切片及網絡切片實例相關的資源、告警和性能數據。

2.3 典型業(yè)務流程

以某視頻直播行業(yè)客戶為例，探討通過網絡切片管理系統(tǒng)進行網絡切片自動化創(chuàng)建過程。

（1）視頻直播行業(yè)客戶通過CSMF 平臺進行切片產品訂購，獲得切片資源。CSMF 平臺根據訂購的切片產品，生成相對應的切片模板發(fā)送給NSMF。NSMF 則將切片模板拆分成無線網、承載網、核心網各子域的切片子網模板，下發(fā)給各子域的網管系統(tǒng)，完成切片資源的實例化創(chuàng)建。

（2）視頻直播行業(yè)客戶將獲得的切片資源，發(fā)放給他們的付費VIP 用戶，并在切片管理平臺中對付費用戶終端應用的標識進行用戶簽約。運營商也可以通過CSMF 向行業(yè)客戶開放API 接口支持行業(yè)客戶以自服務方式進行用戶簽約。

圖4 基于切片管理系統(tǒng)的業(yè)務開通流程Fig.4 Business opening process based on slice management system

（3）視頻直播行業(yè)客戶的VIP 用戶與普通注冊用戶，在使用直播APP 觀看視頻，VIP 用戶流量進入已經實例化的專享切片通道中，使其享受到高帶寬低時延的視頻加速體驗；普通注冊用戶進入5G 網絡默認切片通道中，網絡服務質量無法得到保障。

3 運營商網絡切片實踐

隨著5G 牌照的正式發(fā)放，國內運營商加快5G SA 建設的步伐，中國移動計劃在2020年5G 全面商用時實現網絡的切片化，并實現端到端的網絡能 力[10]。中國電信計劃在2020年正式啟動面向SA 的網絡升級，具備基于SA 網絡切片的5G 差異化網絡能力[11]。中國聯通計劃在2020年具備基于SA 的網絡切片服務能力[12]。

萬物互聯的5G 時代，行業(yè)客戶對網絡的需求越來越高，既要具備專網的隔離性，又需要差異化服務。目前國內運營商面向5G 網絡切片無論是在白皮書發(fā)布、峰會展示還是試點應用都做了大量的工作，為5G 網絡切片系統(tǒng)選型、部署及商用積累經驗。

3.1 白皮書發(fā)布

國內運營商通過聯合產業(yè)界合作伙伴共同發(fā)布白皮書的方式，推動網絡切片生態(tài)建設。網絡切片白皮書可以直觀的反應運營商的相關行業(yè)化實踐經驗，為5G 網絡切片的部署與商用提供有效參考，同時面向廣闊的垂直行業(yè)市場領域挖掘潛在客戶。表1對近年來國內運營商發(fā)布的切片相關白皮書進行梳理。中國移動發(fā)布的白皮書涉及智能電網、多媒體網絡、切片SLA 保障等多個方面；中國電信發(fā)布的白皮書更加側重智能電網領域；中國聯通發(fā)布的白皮書則圍繞切片關鍵技術要求以及典型業(yè)務場景進行闡述。

3.2 峰會展示

表2 梳理了運營商對網絡切片業(yè)務的相關峰會展示情況，近年來移動、電信、聯通三大運營商都將網絡切片作為5G 創(chuàng)新業(yè)務展示的重點。通過峰會展示的方式，一方面可以提高相關企業(yè)對網絡切片的認知，起到宣傳作用；另一方面，利于探索網絡切片的應用場景、商業(yè)模式和產品形態(tài)。

表1 運營商網絡切片相關白皮書Table 1 White paper on network slicing of operators

從展示內容看，運營商初期關注點主要集中在4K/8K 高清視頻、VR/AR 直播互動、公交視頻監(jiān)控等高帶寬需求的場景；同時也包含了遠程手術、云游戲等低時延網絡需求的場景和工業(yè)控制、智能電網控制等大連接網絡需求的場景。

3.3 業(yè)務試點

目前運營商面向垂直行業(yè)重點領域進行網絡切片試點驗證，仍然處于實驗網及定制化小規(guī)模階段。

表3 梳理了運營商網絡切片試點應用情況，主要集中在智慧園區(qū)、高清視頻、智慧電網、云游戲、智慧醫(yī)療等諸多領域。

表2 運營商網絡切片相關峰會展示Table 2 Presentation of relevant Summit on network slicing of operators

表3 運營商網絡切片試點應用Table 3 Pilot application of network slicing for operators

一方面，運營商通過網絡切片業(yè)務試點，希望探索可以復制的通用化行業(yè)解決方案。如面向云游戲場景，行業(yè)客戶希望運營商提供足夠靈活的切片業(yè)務，比如提供基于特定用戶群的切片級業(yè)務保障、基于特定應用的切片級業(yè)務保障、基于特定區(qū)域的切片級業(yè)務保障等。

另一方面，通過業(yè)務試點為網絡切片商業(yè)模式、產品形態(tài)、計費模式的設計提供參考。

3.4 行業(yè)實踐趨勢分析

隨著運營商5G 網絡切片相關實踐的開展，目前趨勢如下：

（1） 5G 網絡切片的落地遵循5G 技術標準演進路線，應該首先會面向eMBB(增強移動寬帶)業(yè)務提供端到端的SLA 保障。用戶通常會根據自身行業(yè)特點需要多種類型的5G 切片以滿足不同應用層場景需求，比如控制類業(yè)務的網絡需要具備低時延、高可靠、高同步精度的能力；采集業(yè)務的網絡需要具備高密度接入、低功耗的能力；交互類業(yè)務的網絡需要具備高傳輸速率的能力。目前國內運營商已將5G 端到端切片系統(tǒng)的選型與部署等工作提上日程，前期會以eMBB 切片先行探索切片運營。

（2）近年來國內運營商通過拓展切片相關業(yè)務，孵化行業(yè)應用，為5G 網絡切片的技術落地與商業(yè)模式積累寶貴經驗。運營商借助行業(yè)龍頭和解決方案提供商深度理解行業(yè)場景，更好地切入高壁壘、碎片化的行業(yè)市場。運營商面向垂直行業(yè)重點領域進行網絡切片試點驗證，目前主要集中在智慧園區(qū)、高清視頻、智慧電網、云游戲、智慧醫(yī)療等諸多領域。

（3）國內運營商通過峰會展示、發(fā)布切片白皮書等形式，推動網絡切片生態(tài)建設，面向廣闊的垂直行業(yè)市場領域挖掘潛在客戶，帶動自身5G 網絡切片市場高速發(fā)展。

4 結論與展望

5G 切片的上線與運營離不開切片管理系統(tǒng)。目前國內運營商普遍希望通過加強自身技術實力，以自主研發(fā)的方式打造統(tǒng)一的面向行業(yè)客戶的CSMF系統(tǒng)，通過切片商品訂單管理、商品管理等功能實現切片產品化。同時國內運營商面向無線網、傳輸網、核心網各專業(yè)領域，集約化打造NSMF 系統(tǒng)，將整個切片的SLA 分解為切片子網的SLA，實現端到端網絡切片編排。

5G 網絡切片業(yè)務的核心競爭力體現在是否能滿足行業(yè)客戶對網絡差異化的訴求。近年來運營商在網絡切片的相關實踐中，一方面通過發(fā)布白皮書與各類通信峰會展示的方式，描繪5G 網絡切片愿景與行業(yè)化解決方案，培育產業(yè)生態(tài)；另一方面通過試點應用針對性的為行業(yè)客戶提供差異化保障的網絡環(huán)境，同時積累實戰(zhàn)經驗，為5G 網絡切片正式商用做好準備。

隨著5G 網絡切片技術和相關產業(yè)的逐步成熟，運營商仍然希望通過與行業(yè)客戶的進一步深化合作，不斷豐富5G 網絡切片應用場景，促成新的商業(yè)模式和生態(tài)環(huán)境。

利益沖突聲明

所有作者聲明不存在利益沖突關系。