5G网络切片技术在国家电网中的应用探讨

梁雪梅

【摘  要】首先介绍了网络切片的概念和端到端切片生命周期管理架构，然后分析了电力行业被选作首个垂直行业实施切片试验的原因，探讨了几种典型业务场景的具体需求和相应的切片部署架构，最后对网络切片的标准化进展、后续需研究的技术重点进行了阐述。研究表明，以国家电网为代表，5G网络切片技术可以使能垂直行业。

【摘  要】网络切片;端到端切片生命周期管理架构;业务隔离;比特+瓦特

1   引言

ITU为5G定义了三大主要应用场景：一是增强型移动宽带（eMBB），其具有大带宽、广覆盖的特点，用户体验速率可达到100Mb/s～1Gb/s，可以实现超高清视频、虚拟现实、增强现实和高速移动环境的极致体验;二是大规模机器类型通信（mMTC），具有低功耗、大连接的特点，能支持每平方公里100万的连接，实现高密度的人与物、物与物之间的信息交互，助力物联网新变革;三是超可靠和低时延通信（uRLLC），具有低时延、高可靠的特点，5G毫秒级的接入时延堪称无人驾驶、工业自动控制、手术机器人的神助手。

可以说，任何一个场景都可以看作是这三大主要应用场景的加权之和，实现了这三大主要应用场景的通信需求，就可以实现任何一个场景的通信需求。

2   网络切片的概念

作为5G移动通信的关键技术之一，网络切片一直倍受关注。基于虚拟化技术，将一张5G物理网络在逻辑上切割成多张虚拟的端到端网络。每张虚拟网络之间，包括网络内的核心网、承载网、无线网，都是相互隔离的，都是逻辑独立的，任何一张虚拟网络发生故障时都不会影响到其它虚拟网络。

5G的“网络切片”技术根据应用、场景、需求进行网络资源的管理编排，进行网络功能的裁剪定制，为客户自动化提供“量身定制”的“专属”虚拟网络，可以满足差异化SLA（Service Level Agreement，服务等级协议）服务的QoS需求，可以保证不同垂直行业、不同客户、不同场景、不同业务之间的安全隔离，实现NaaS（Network as a Service，网络即服务）。

3   5G端到端切片生命周期管理架構

根据3GPP规范，5G端到端切片生命周期管理架构如图2所示：

5G端到端切片生命周期管理架构包括的关键网元功能如下：

（1）CSMF（Communication Service Management Function，通信服务管理功能）。切片设计的入口，承接各种业务应用需求（如速率、时延、容量、覆盖率、QoS、安全性等），转化成端到端网络切片需求，下发到NSMF进行网络切片设计。

（2）NSMF（Network Slice Management Function，网络切片管理功能）。负责NSI（Network Slice Instance，网络切片实例）的管理，接收CSMF对网络切片的需求后，产生一个切片实例，将它转化成对网络子切片的需求，下发到NSSMF。在网络切片生命周期管理过程中，需要协同核心网、承载网和无线网等多个子网时，由NSMF进行协同。NSMF除了负责网络切片模板设计、网络切片实例的创建、激活、修改、停用、终止以外，还负责对网络切片的运营管理，包括故障管理、性能管理、配置管理、策略管理、自动重配置、自动优化、协同管理等。

（3）NSSMF（Network Slice Subnet Management Function，网络子切片管理功能）。负责NSSI（Network Slice Subnet Instance，网络子切片实例）的管理，接收NSMF对网络子切片的需求，将它转换为对网络功能的需求。

NSSMF包括CN-NSSMF（Core Network-Network Slice Subnet Management Function，核心网子切片管理功能）、TN-NSSMF（Transport Network-Network Slice Subnet Management Function，承载网子切片管理功能）和AN-NSSMF（Access Network-Network Slice Subnet Management Function，无线网子切片管理功能）。

CN-NSSMF主要负责5G核心网子切片实例的管理和编排，承接NSMF对子切片的管理和编排要求，调用核心网的MANO（Management & Orchestration，管理编排器）和EMS（Element Management System，网元管理系统）进行子切片的管理编排和参数配置。CN-NSSMF的功能包括子切片模板设计、子切片实例的创建/修改/终止、容量管理、故障管理、性能管理、配置管理、自动优化、协同管理等。

TN-NSSMF主要负责5G承载网子切片实例的管理和编排，承接NSMF对子切片的管理和编排要求，调用承载网的SDNO（SDN Orchestrator，SDN编排器）/SDNC（SDN Controller，SDN控制器）和EMS进行子切片的管理编排和参数配置。TN-NSSMF的功能包括：子切片模板设计、子切片实例的创建/修改/终止、资源管理、故障管理、性能管理、配置管理、自动优化、协同管理等。

关于AN-NSSMF，对于能够虚拟化部署的网元（如CU等），可以按MANO模式进行编排管理。但是由于基站和空口如何进行切片尚未形成定论，AN-NSSMF如何进行管理还在讨论之中。

总之，CSMF、NSMF和NSSMF三者之间协同合作，实现端到端网络切片的设计和实例化部署。

4   网络切片在国家电网公司的典型应用