美洲5G組織日前發布《商業化5G網絡切片》白皮書，其中分析介紹了5G網絡切片跨域生態系統中可用功能和技術特性的現狀。

1、無線接入網（RAN）切片現狀

評估RAN在支持引入基于切片的服務的能力方面的狀態，必須明確區分專門處理所需的功能（例如改善時延或吞吐量的功能）和可以提供的功能，其中這種專門的處理只針對單個切片或一組切片。后者通常被命名為“服務感知”，因為它們可以根據它們要區分的服務來啟用。如果沒有服務感知功能，運營商將無法根據新服務的需要有選擇地提供增強功能，因此無法將其貨幣化甚至部署。如果不深入討論與“專門處理”類型的特征相關的技術細節，它們中的大多數將屬于無線電資源管理、可觀察性、移動性管理、傳輸差異化等領域。

RAN資源管理（RRM）能夠以一種可以保證SLA（服務質量協議）的實現這一方式對RAN資源和QoS策略進行編排，同時保持對不同服務類別的可用資源的訪問。這是通過在鏈路自適應、調度器配置、無線電資源劃分和準入控制中提供切片感知來實現的。

服務感知調度器優先級可以根據標準化的5G QoS標識符（5QI）和NSSAI分配特定的調度權重，這是設計不同服務所需的不同特殊處理的強大工具。例如，在使用NSSAI區分提供視頻優先級類型的服務時，運營商可以為視頻數據包配置特定的優先級，以提高流媒體性能。其他可以減少上行鏈路時延的技術，例如預調度或無授權，也可以被特定NSSAI啟用以實現相同目的。

無線電資源劃分（RRP）是屬于上述兩個類別的功能之一，因為它通過分離資源提供專門的處理，并根據NSSAI進行不同的分配。使RRM切片感知允許RAN域創建邏輯和虛擬無線電，這些無線電可以在流量爭用時被隔離，但在使用率低時也可以被共享。

在圖1所示的示例中，此功能可以解決專用網絡用例需求。傳統上，小型企業提出的增加其場所網絡容量/覆蓋范圍的請求是由運營商通過部署專用無線網絡來解決的。借助RRP，如果現有站點已經覆蓋了業務場所，則可以為客戶提供專用和隔離的資源，并在需要時提供額外的回傳安全性。這將是一個虛擬專用無線網絡，但可以在企業不使用它時與公網用戶共享。

圖1 無線電資源劃分的簡化圖

RAN切片的可觀察性提供對相關性能測量的監控和每個切片的KPI計算，這對于為每個網絡切片的租戶提供洞察力和保證至關重要。它還有助于RRM在不同的流量和無線電條件下優化服務切片的RAN資源。可觀察性應該可以用多個標準過濾以獲得良好的觀察。一些示例標準是每個S-NSSAI（每個切片）、PLMN ID和QoS（5QI）的計數器。

基于服務感知的移動性在網絡切片中很重要，因為用戶需要其切片具有移動性的服務連續性。RAN供應商在該領域提供的一些功能包括服務感知切換，它允許不具有相同NSSAI支持的節點之間的切換僅接受支持NSSAI的承載，以及服務感知流量工程，運營商可以使用在空閑或連接模式下觸發特定NSSAI到所需層的移動性。作為網絡切片框架的一部分，相鄰的RAN節點向彼此發送每個跟蹤區域支持的網絡切片集的信號，并且該信息可用于將用戶引導至支持終端所使用的切片的小區。除了無線電條件和負載之外，移動性管理功能在分配候選目標小區時還會考慮支持的網絡切片。需要注意的是，切片信息不能在RAT（無線接入技術）間從5G SA傳輸到4G。

在傳輸域中，RAN可以提供特定的虛擬局域網（VLAN）甚至特定端口以用于所配置的切片，以及在切片的基礎上啟用IPsec，從而在回傳上提供具有增強安全性的服務。

與安全性相關的另一個方面是通過無線電資源劃分進行切片隔離，從而確保防止DOS（拒絕服務）攻擊以及資源耗盡。網絡切片面臨的其他安全威脅包括監控、流量注入和模擬攻擊。RAN在適當的警報生成以及根因分析方面提供可觀察性。安全功能基于安全分析檢測網絡異常，并通過將分析循環策略自動化來提供自適應安全。

2、核心網切片現狀

核心網絡上的切片特征集大致可以分為三類：提供切片、切片感知策略/功能、管理和編排。

需要基于靜態要求（例如，高吞吐量、低時延）使用新的切片ID和DNN（數據網絡名稱）更新配置文件的切片用例的配置是最容易實現和操作的（例如，基于訂閱的切片）。這些用例可以通過核心網上的標準功能集得到支持，因為它不需要在應用程序級別進行流量分類和切片選擇。供應工作通常需要一次性更新訂戶配置文件和網絡配置。這種架構模型非常適合全國和區域范圍的用例。假設“盡力而為”流量屬于默認切片（切片/服務類型1，切片區分器1），兩個新切片設計用于高吞吐量（切片/服務類型1，切片區分器2）和低延遲（切片/服務類型1，切片區分器3），可以通過網絡配置和用戶配置文件相應地啟用。

圖2 網絡切片類型示例

基于策略/應用程序的切片用例的配置需要與策略控制功能（PCF）和更新用戶配置文件和網絡配置的運營商配置工具緊密交互。該框架支持更高級的切片用例，需要在應用程序、位置和時間粒度上進行切片。這是通過向設備提供和傳送UE路由選擇策略（URSP）規則來實現的。URSP規則分別包含表1和表2中列出的流量描述符和路由選擇描述符組件。流量描述符確定規則何時適用，而路由選擇描述符提供啟動切片請求所需的參數。

表1 URSP規則-流量描述符

表2 URSP規則路由選擇描述符

例如，考慮一款智能手機，其應用要求包括盡力而為的流量（例如常規互聯網）、高吞吐量和低時延（例如AR/VR）。為了支持這些，PCF可以提供三個URSP規則，每個規則都指示流量描述符和路由切片選擇參數，如表1和表2所示。一旦UE檢測到新應用程序，UE將按照規則優先級的順序評估URSP規則并確定任何URSP規則的流量描述符是否與應用程序匹配。如果URSP規則適用于應用程序，則UE在該URSP規則中按照路由選擇描述符優先級的順序確定適當的路由選擇描述符。

基于切片的策略和部署模型

除了圖3中突出顯示的與配置相關的功能外，核心網絡在支持需要流量隔離、安全性和時延的切片用例方面發揮著至關重要的作用。通過部署特定于切片的專用5G核心節點，可以支持流量隔離、安全性和時延相關用例。盡管3GPP標準支持在切片級別部署5GC節點，但從實際實施的角度來看，專用分組核心節點（例如SMF/UPF/AMF）將滿足大部分切片要求。例如，可以通過在邊緣部署專用UPF來支持低時延切片，同時將所有其他控制平面功能保留在共享環境的集中位置。

圖3 使用URSP的多個切片示例

網絡功能是5GC網絡中的云原生功能，因此在跨各種用例進行擴展時，作為切片生命周期管理的一部分，創建或刪除它們是一個簡單的過程。一個具有成本效益的選擇是僅針對定制的用戶平面要求創建/刪除UPF，例如部署在本地設施/數據中心時的安全性和時延，同時可以重復使用控制功能。僅在冗余或客戶需要更多隔離時才需要對控制平面應用相同的方法。對于5GC，接入和移動功能（AMF）、會話管理功能（SMF）、用戶平面功能（UPF）和策略控制功能（PCF）等網絡功能可以按切片專用或共享，如圖4所示。如果切片由運營商擁有，而不是在多運營商核心網絡（MOCN）或多運營商無線接入網絡（MORAN）類型的架構中，可以假設部署將具有專用的網絡功能，而用戶配置文件數據庫是共享的。

圖4 共享或專用的核心網資源

3、傳輸網切片現狀

在網絡切片的端到端方案中，傳輸網在滿足終端客戶切片需求方面起著關鍵作用。3GPP切片標識符的范圍沒有擴展到IP域，這使得很難以與5G核心或無線網絡相同的粒度對傳輸資源進行切片。但是，可以使用底層和覆蓋層中可用的IP流量管理解決方案來滿足必要的切片要求。傳送網要為網絡切片提供充足的傳輸，需要具備以下功能：域間包映射、傳輸資源劃分、資源隔離、最優路徑選擇和質量保證。

通常，數據包從RAN核心域映射到傳輸域。這可以基于VLAN ID、目標IP地址或來自RAN節點的物理端口在上行鏈路中完成，并且可以在基于源或目標IP地址的下行鏈路中完成。對傳輸流量進行優先級排序的標準做法是根據流量服務要求使用不同的DSCP（差分服務點代碼）值標記數據包。如果一個切片或一組切片具有多個對傳輸特性有單獨要求的流量，則在切片和5QI粒度上擴展DSCP將提供對該切片流量進行適當處理的能力。5QI到DSCP和802.1p的映射可以在每個切片或切片組中單獨完成。對于隔離和質量保證，可以使用VPN、IPsec、GRE、Segment Routing、MPLS。

在當今的網絡切片生態系統中，行業主要集中在RAN和核心網領域，同時依靠DSCP在傳輸上區分網絡切片。然而，未來很可能需要新的能力來改進傳輸中的最佳路徑選擇和質量保證。例如，會產生這種需求的領域包括遠程檢查甚至遠程手術。解決這一挑戰的一個可能方向是使用SDN（軟件定義網絡）/SD-WAN（軟件定義廣域網）技術，這些技術可以提供更好的管理時延，更適合此類未來用例。可能需要將中央SDN/SD-WAN控制器與網絡切片編排管理集成，以實現更精細的端到端切片協調。當需要此類用例時，可能會審查和討論其他可能的傳輸增強功能。

4、終端切片現狀

為了實現5G網絡切片，終端在端到端（E2E）架構中扮演著非常重要的角色。終端負責在滿足條件時創建新的網絡切片連接，例如發起新的DNN連接，或者啟動指定的應用程序。終端切片架構一般可以分為以操作系統（OS）為中心或以調制解調器為中心。

以調制解調器為中心的架構適用于不依賴OS而是在調制解調器和應用程序之間進行接口的5G終端。例如，物聯網終端可能有一個應用程序通過命令直接與調制解調器通信。根據設備上預定義的、SIM中提供的或在5G注冊期間由網絡提供的切片信息，調制解調器將確定應用流量和切片映射。對于不需要支持多個切片的用例，這是相對簡單的架構和部署。

以OS為中心的架構適用于依賴OS在調制解調器和應用程序之間進行網絡連接的5G終端。智能手機Android和iOS上的應用程序不會直接與調制解調器通信以請求網絡連接。操作系統管理不同應用程序的所有連接請求，并操縱每個網絡切片上的數據流。在以操作系統為中心的架構中，操作系統負責將數據流從應用程序映射到相應的切片NSSAI，它收集策略信息（URSP）和其他相關信息，例如由移動終端管理等受信任實體提供的指定應用程序（MDM）并確定切片和應用程序映射。

URSP對于基于應用程序的切片至關重要，因為URSP中的流量描述符定義了將應用程序或應用程序類別與特定網絡切片匹配的規則。操作系統通過API從調制解調器獲取URSP策略，并將其用于流量控制。URSP中的其他流量描述符（例如目標完全限定域名（FQDN）和IP地址）可用于FWA（固定無線接入）和IoT（物聯網）應用程序中的域特定用例。

當前的終端生態系統已經有幾代支持5G的芯片組，從切片支持的角度來看，這里有一個總結：

? 所有支持5G SA的終端都可以在基于訂閱的切片用例中使用。NSSAI對設備是透明的，因為它是基于每個DNN的UDM（統一數據管理）配置文件應用的，缺點是這限制了切片的“粒度”，即所有具有特定DNN的流量都將使用相同的NSSAI。

? 目前幾乎所有的5G SA智能手機都支持基于策略的切片，但由于尚未推出任何商業服務，因此保守的假設是僅支持基本流量描述符（如DNN、appID+Osid等），需要對基于位置（TAC、Cellid）的規則等高級功能進行測試。

? 企業切片允許采用MDM系統以特定的appID+Osid標簽標記某些應用程序，該標簽可用于URSP規則以將它們與不同的NSSAI相關聯，但使用移動終端設備管理（MDM）通常與非消費電子終端相關聯，例如由企業擁有和控制的終端。

? 基于應用的切片仍需操作系統廠商和CSP合作，2023年之前可能無法實現商業化。

審核編輯 ：李倩