2024年2月24日发(作者：)

：!

5G增强技术：：5G端到端网络切片技术与应用张晶，李芳(中国信息通信研究院，北京100191)【摘

要】

5G网络已经正式商用，网络切片作为5G网络的关键技术之一，可实现5G网络资源的充分利用。为了研究5G端到端网络切片如何满足千行百业的差异化需求，分析了5G端到端网络切片国际国内标准进展，分析了5G端到端网络切片的关

键技术，包括终端、无线网、承载网、核心网以及切片管理器当前主流的实现方式，以及5G端到端网络切片面向商用

的主要问题，从而明确后续端到端网络切片需重点解决的问题和研究方向。【关键词】

5G;网络切片；端到端

doi:10.3969/.l006-1010.2021.03.008

中图分类号：TN929.5文献标志码：A

文章编号：1006-1010(2021)03-0040-04引用格式：张晶，李芳.5G端到端网络切片技术与应用[J].移动通信,2021,45(3):：Technology

and

Application

of

5G

End-to-End

Network

SliceZHANG

Jing, LI

Fang(China

Academy

of

Information

and

Communications

Technology,

Beying

100191,

China)[Abstract][Keywords]5G

networks

have

been commercialized,

and

network

slicing,

as

one

of

the

key

technologies

of

5G

networks,

can

make fiill use

of

5G

network resources.

To

investigate

how

5G

end-to-end

network

slicing

meets

differentiated

requirements

of

thousands

of

industries, this

paper

firstly

analyzes

the

progress

of international

and

domestic

standards

for

5G

end-to-end

network

slicing.

Then

the

key

technologies are

analyzed

including

the

current

mainstream

implementations

of

temiinals,

wireless

networks,

bearer

networks,

core

networks

and

slicing

management,

and

the

main

problems

of5G

end-to-end

network

slicing

for

commercialization

are

fiirther

discussed.

These

clarify

the

major

issues

that need

to

be

solved

and

research

directions

in

subsequent

end-to-end

network

slicing.5G;

network

slicing;

end-to-end0引言网络切片作为5G网络的关键技术之一，一直以来

1

5G端到端网络切片标准进展1.1国际标准端到端网络切片涉及无线网、承载网、核心网和切片

管理器四部分。切片管理器又可细分为端到端切片管理器和

备受业界广泛关注。端到端网络切片涉及无线网、承载

网、核心网以及切片管理器多个领域，随着国际国内相

关标准的制定，设备支持网络切片的技术要求逐步明确

和统一。IMT-2020(5G)推进组在2020年下半年开展

了端到端网络切片的一阶段测试，结果表明端到端网络

无线网子切片管理器、承载网子切片管理器和核心网子切片

管理器。当前没有统一的标准组织定义端到端网络切片的功

能要求、管理架构和跨域的管理接口信息模型。其中无线网

切片在功能上基本可用，但如何在5G规模商用阶段做到

好用，实现网络切片的自动化部署和运维，并有效保障

子切片、核心网子切片的业务功能及管理功能在3GPP

SA2

千行百业的差异化要求，仍需进一步推动相关标准化工

作，并对相关问题进行研究。本文从5G端到端网络切片

的标准进展、关键技术及当前面临的主要问题三个方面

和SA5定义，而承载网子切片的业务功能及管控功能及信息

模型在ITU-T和IETF定义。这些标准组织重点关注的是各自

领域内的功能定义，不涉及领域间的互通。目前，各标准组织仍分别针对各领域进行深入的技

进行研究与分析。术研究和探索，3GPP

RAN正在研究基于切片的快速选网

收稿日期：2021-04-20和用户移动时切片的业务连续性方案；ITU-T在网络切片40I蓼羽亚■诸|

2021年5月第3期

第45卷总第493期张晶，李芳：5G端到端网络切片技术与应用管控方面，组织对现有SDN管控架构、操作架构和相关 引入URSP的概念和机制，用于辅助终端进行切片选择。信息模型标准进行修订，以支持虚拟网络（VN）的管控

UE注册时，核心网的策略控制功能PCF将URSP策略下发

给UE,

UE本地保存URSP策略，UE进行PDU会话时，根

据URSP策略将不同业务的业务流激活到不同的网络切片

和运维in；

IETF主要讨论传送网络切片的定义、北向接口

模型及其应用些3GPP

SA2正在制定网络切片控制（比

如网络切片支持的用户数、会话数等）的相关标准。上，从而实现业务分流和隔离。3GPP定义的URSP策略支

持四种分流方式：基于DNN、基于IP三元组、基于FQDN

和基TAPP

ID,可分别提供会话粒度、IP地址粒度、域名

地址粒度、APP应用粒度的网络资源保障。1.2国内标准我国5G网络已经商用，为加快网络切片为千行百业

提供差异化的服务，中国通信标准化协会（CCSA

）成立

T

“5G网络端到端切片特设项目组”，总体规划5G网络

端到端切片标准体系框架，梳理现有相关标准情况，组

2.2无线网无线网实现网络切片的方案主要有：织开展共性标准研究。目前，该项目组已完成端到端网

络切片的总体技术要求、基于SPN和IP承载网络的端到端

（1

）基于QoS优先级机制不同切片的用户设置不同的QoS优先级，资源冲突

切片对接技术要求三项行标报批，打破了标准分层分域

独立制订的历史，实现了真正的跨域协同，为5GSA网络

时，优先调度QoS优先级高的切片用户业务內。（2

）基于RB预留机制根据业务需求划分切片组，给切片组提供RB预留资

提供最小商用集合的标准能力。5G端到端网络切片框架

示意图如图1所示㈤。后续该特设项目组将协同TC5

（无

线通信技术委员会）、TC3

（网络与业务能力技术委员

源，可分为最大预留RB百分比A和最小预留RB百分比

Bo

B为切片组专用资源，非切片组的业务不可使用；A

和B间的RB资源为非专用资源，非切片组的业务可以使

会）、TC6

（传送网与接入网技术委员会）和TC7

（网络

管理和运维支撑技术委员会）继续对切片管理器以及子

用，但优先给切片组使用。（3）

基于载波隔离机制域切片管理器功能和接口规范进行定义。根据业务需求划分不同的切片组，不同切片组通

2

5G端到端网络切片关键技术2.1终端终端作为切片服务的入口和起点，需具备接入网络

切片的基本能力。目前，单终端均具备支持单切片的能

过不同的载波承载，不同的切片用户接入不同的载波，

达到隔离的目的。当用户已经在一个载波接入切片业务

时，由于位置移动发起切换，将会由于另一个载波不支

持用户接入的切片而切换失败。（4）

基于用户数保障机制力。但是为了支持不同移动互联网应用或垂直行业对业务

质量及隔离性的要求，终端应支持多个网络切片，将不同

设置切片组的用户数，当接入该切片组的用户数

达到设置的用户数阈值时，新发起接入的用户将接入失

的业务选择到不同的网络切片上去承载。目前，3GPP已

败，提示资源不可用。图1

5G端到端网络切片框架示意图益黠丨41

：!

5G增强技术：：2.3承载网承载网支持按需为客户提供L1VPN、L2VPN或L3VPN

业务。面向5G网络切片需求，承载网主要提供基于L3VPN的

网络切片服务，并根据SLA需求提供定制化的资源隔离、按

需带宽配置、确定性时延和抖动和差异化的可靠性服务。(1

)网络资源隔离运营商可根据客户需求和业务策略提供合适的承载

切片资源的隔离配置。切片分组网络(SPN)和IP

RAN

均可提供基于灵活以太网(FlexE)或城域传送网络

(MTN)接口切的硬隔离和基于MPLS

(-TP)或段路由

(SR)隧道、L3VPN和QoS的软隔离通道。SPN还可提

供涵盖每端设备内部和接口的端到端MTN通道硬隔离特

性，适用于有高安全和高隔离要求的行业客户。(2

)按需带宽配置承载网络子切片应适应客户业务发展来按需配置和

在线调整带宽。对基于分组隧道的L3VPN业务，普遍支

持带宽的灵活在线调整功能；对采用TDM时隙配置的

MTN通道，应支持端到端带宽的在线无损调整，从而保

证客户业务的高可靠性。(3

)确定性时延和抖动IP/MPLS网络的时延性能与网络规模、节点数量、链

路长短和流量负荷状态密切相关。由于5G承载网是为无线

网和核心网之间提供物理网络连接和业务逻辑连接，对于

工业互联网、智能电网和金融科技公司等对确定性低时延

有明确指标要求的行业，推荐采用硬隔离的网络切片来保

证带宽和低时延性能。此外需加强基于分组网络的确定性

承载技术方案研究和试点应用，在业务流量动态突发模式

下，提供有指标上限的时延和抖动性能。(4)差异化可靠性不同网络切片场景对业务可靠性的需求差异较大，

从99.9%到99.9999%不等。IP/MPLS网络采用QoS优先级

调度和尽力而为的转发机制，很难满足99.99

9%及以上的

高可靠性要求。5G承载网络支持小于50

ms的电信级网络

保护技术和抗多点故障的秒级动态路由恢复技术，需要

综合配置多种网络保护、设备和关键板卡的冗余保护方

案来实现超高可靠性保障。2.4核心网核心网支持分布式云化和服务化的架构，可灵活提

供多种切片组网方式。按从低到高的隔离度和差异性，

分为完全共享、部分共享、切片独享三种方式固。牛Z

|I

2021疗軫亚■诸年5月第3期第45卷总第493期(1

)完全共享对于隔离性要求不高的场景，一整套核心网网元被

多个网络切片实例共享，通过QoS调度实现不同网络切片

间的差异化。(2)

部分共享对于隔离性要求中等的场景，比如对信令面数据不

敏感，但要求用户面数据需要保护的，或者根据切片用

户的实际部署需求，需要用户面网元就近部署满足数据

不出园区或低时延需求，这些场景可以通过共享核心网

信令面网元，独享用户面网元UPF的方式来实现。(3)

完全独立切片对于隔离性要求较高的场景，切片用户可完全独享

全部核心网网元。对于更加严苛的需求，甚至会要求核

心网网元所使用的物理资源也完全独占。2.5切片管理器切片管理器分为跨域切片管理器NSMF和子域切片

管理器NSSMFo

NSMF是因网络切片引入的独立网元

实体，跨域管理网络切片整体功能，子域的切片管理器

NSSMF仅负责本域内网络切片管理的能力，通常在设备

厂商已有的管理系统上做增强实现。目前TC7正在进行

NSMF和AN-NSSMF接

口、NSMF和CN-NSSMF接

口标

准化的制定，NSMF和TN-NSSMF接口的标准化制定在切

片特设项目组。上述三个管理面接口规范的制定，实现

了管理面接口的统一，支持端到端切片的统一管理，向

网络切片的自动化部署迈出了坚实的一步。3

5G端到端网络切片面临的主要问题3.1终端切片选择能力单终端支持多网络切片一直是业界关注的重点。

终端内部的体系架构可分为芯片、操作系统和上层应用

APP,

3GPP定义的URSP策略支持4种分流方式，分别为

基于APP

ID、基于FQDN、基于IP三元组和基于DNN。

目前，终端支持上述URSP分流方式分别面临不同的困

难，其中APP

ID、FQDN和IP三元组属于应用本身自带

的属性，操作系统可直接管理和使用，但底层芯片和操

作系统间缺少交互接口，导致芯片无法以此建立切片连

接；DNN是外部赋予业务应用的属性特征，原生操作

系统把数据连接抽象为网络能力和APN

(如Internet,

IMS),并不支持DNN与数据业务的直接关联。业界正在探索终端支持URSP的方案，主要分为：基

第45卷总第493期张晶，李芳：5G端到端网络切片技术与应用于应用实现和基于芯片实现两种方式，分别由应用/芯片实

现业务属性和网络切片的匹配。无论哪种方案，都需要芯

片、操作系统和上层应用进行明确分工，有效配合。3.2网络切片SLA指标的分解与保障网络切片SLA是运营商与网络切片客户协商签署的服

务等级协议，需要将端到端指标要求转换为各子网切片设

计和资源配置相关的参数，其中端到端时延和可靠性等性

能指标需要无线网、承载网和核心网协同保障并提供端到

端监测分析报告，才能满足网络切片客户的SLA要求。由于不同网络切片的应用场景存在网络覆盖范围

(园区网、城域网还是跨区域骨干网)、拓扑结构、业

务流量流向等多方面的差异性，因此端到端的时延等

SLA性能指标如何科学有效地分解到无线网、承载网和

核心网成为实操难题。由于目前业界尚未实现端到端指

标的自动化分解，在实现网络建模仿真之前，仍需根据

经验值在各域进行预配置。SLA保障的另一个难点是端

到端网络切片的性能监控能力，目前各子域的性能指

标只能在跨域切片管理器上简单呈现，缺乏跨无线网、

承载网、核心网的端到端性能的实时监测分析机制。因

此，端到端网络切片性能指标的自动化分解和性能监控

能力是未来的重点研究方向。综上，为了推动网络切片服务不仅实现功能好用，并

且要实现SLA保障，需站在端到端的视角，加强无线网、

承载网、核心网各领域的协同，达到根据网络切片应用方

案和设备能力自动进行SLA指标分解和端到端性能监测，

从而实现SLA保障，满足网络切片客户的业务要求。3.3网络切片的跨域动态编排和配置为了支撑5G+垂直行业的应用推广，5G行业终端、无

线网、承载网、核心网、NSMF和运营支撑系统(OSS)

需协同实现网络切片的资源编排和端到端配置，才能为行

业客户按需提供定制化的5G虚拟专网服务，并提供差异化

和确定性的SLA保障。由于网络切片的设计与网络设备能

力紧密相关，不同厂商的设备能力不同，目前网络切片的

模板设计和资源编排还不能实现动态和自动化，仍需人工

进行预规划和静态配置⑺。此外，运营商的NSMF和OSS

与各子域NSSMF之间要支持标准化的管控接口和信息模

型，才能实现跨子域和异厂家管控系统之间的配置互通和

数据采集。因此需要加快推动NSMF与AN-NSSMF、TN-

NSSMF、CN-NSSMF的功能要求和管控接口标准研制，并

且满足行业虚拟专网在业务和网络两个层面的管控运维功

能要求，才能高效支撑5G+垂直行业的规模应用。4结束语网络切片作为5G网络关键特性之一，一直以来受到业

界广泛关注。标准方面，国际标准组织3GPP、IETF、ITU

等分别致力于网络切片在终端、无线、核心网、切片管理

以及承载方面标准的制定，将领域内的技术做深做实，但

在端到端网络切片方面尚有缺失；国内标准组织CCSA针

对中国5G的发展现状，从需求和实际部署出发，定义了端

到端网络切片的整体架构，并对各域互通提出要求；IMT-

2020(5G)推进组针对端到端网络切片的能力进行了测

试，推动了设备能力的进一步成熟。虽然端到端网络切片

距离商用仍有关键技术需继续验证和推进，但相信在业界

各方的共同努力下，这些问题会得到圆满解决。参考文献：[1]

ITU-T G.7702.传送网

SDN

控制架构[S],

2018.[2]

IETF.

IETF

draft-ietf-teas-actn-vn-yang-11:

A

YANG

Data

Model for

VN

Operation[S].

2021.[3]

2020-0513T-YD.

5G网络切片端到端总体技术要求[Z].

2020.[4]

赵怀民.关于5G切片端到端的研究[JJ.科学与信息化,

2020(9):

56-57.[5]

ITU-T

G.8312.

MTN

接口

[S].

2020.[6]

伍嘉，王志会，刘凡栋，等.5G端到端切片技术实现探讨[J].邮电设计技术，2020(9):

12-17.[7]

邢燕霞.5G网络切片技术发展现状与展望[J],移动通信,

2020,44(10): 38-42.

★作者简介张晶(/0000-0003-0014-1623

):工程师，

硕士毕业于沈阳理工大学，现任职于中国信息通信

研究院移动通信创新中心，IMT-2020(5G)推进

组网络技术工作组副组长，从事移动通信核心网标

准制定与关键技术研究工作。李芳：正高级工程师，硕士毕业于北京邮电大学，

现任中国信息通信研究院•技术与标准研究所宽带网

络研究部副主任，ITU-TSG15国内对口组组长，

IMT-2020(5G)推进组5G承载工作组专家，从事

5G承载、分组传送(PTN和SPN)和软件定义光传

送网等方面技术研究与标准制定工作。益黠丨43