基于原子能力平台的5G专属切片客户自助管理方案

池炜成，刘开开，伍运珍，张金娟

（1.中国电信股份有限公司研究院，广东 广州 510630；2.中国电信集团有限公司，北京 100033）

0 引言

随着5GSA（Standalone，独立组网）网络的部署和商用，5G 赋能各行各业的进程在不断加快，如医疗、交通、警务等行业，行业客户对利用5G 实现数字化转型的需求越来越迫切。由于不同行业客户的数字化特性不同，对5G 网络的需求存在明显差异，难以使用5G 公共网络满足不同应用场景的不同需求，客户需要特殊定制5G 专属切片，以满足其在网络速率、时延、可靠性、安全性等方面的个性化需求。5G 网络切片不仅是应对客户网络个性化需求的重要手段，也是运营商向行业客户提供定制化服务的重要业务。由于5G 专属切片与客户内部网络一起组成了客户生产所需的端到端网络，任何一部分的网络都会影响客户生产流程的实施，而客户一般对内部网络有较全面的掌握，但对切片网络部分的自主管控能力很弱，所以除了对5G 切片网络特性提出特殊需求之外，客户还提出了对切片网络进行自主管理的新需求，以便实时掌握切片网络的运行状态，并一定程度上对网络进行自助管理。原子能力平台能够汇聚运营商不同层面的业务能力和网络能力，通过原子能力平台可以实现客户对5G 专属切片网络进行便捷的自助管理，如切片网络监控、切片用户管理等。

1 5G网络切片

行业客户对5G 网络的需求显现出多样化和差异化的特点，不同客户在带宽、时延、连接数等方面的网络需求侧重点有所不同。5G 网络切片是应对客户差异化需求的重要手段，凭借SDN（Software Defined Network，软件定义网络）和NFV（Network Functions Virtualization，网络功能虚拟化）等技术，5GSA 网络具备了网络切片能力，可用不同网络切片提供不同的网络特性，从而为不同行业应用场景提供差异化的网络保障，并可实现网络的快速按需部署与安全隔离。

网络切片是提供特定网络功能和网络特性的逻辑网络，网络切片实例是构成网络切片的一组网络功能实例和所需资源，如计算、存储和网络资源，一个网络切片实例包括核心网络的控制面和用户面网络功能、无线网络与承载网络，是一个端到端的逻辑网络。按照不同专业域的划分，5G 网络切片分为三个部分：RN（Radio Network，无线网络）切片子网、TN（Transport Network，传输网络）切片子网和CN（Core Network，核心网络）切片子网，5G 网络切片如图1 所示。

图1 5G网络切片示意图

其中，底层是统一的物理网络设施，包括基站设备、物理路由器、主机资源池、存储设备等，基于这些物理资源，通过虚拟化等技术可以创建不同网络特性的逻辑网络，即网络切片。按照网络特性划分，网络切片可以分为eMBB（enhanced Mobile Broadand，增强移动宽带）切片、URLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications，高可靠低时延通信）切片、mMTC（massive Machine Type Communications，大规模连接）切片、多种特性组合类切片等。按网络的专用性，网络切片可以分为公共切片和专属切片，公共切片是运营商根据公共需求主动创建的公共网络，提供给公众客户使用，专属切片是根据行业客户应用场景的特殊网络需求而定制的专属切片，专门提供给行业客户使用，例如在安防应用场景中，客户通过5G 网络远程控制无人机进行安全巡逻，并将现场高清视频实时回传至后端安防系统进行分析，以便及早发现异常情况。因为该应用场景对5G 网络在速率、时延、移动性、覆盖范围、可靠性等方面都有特殊需求，公共网络切片难以一一满足，所以需要创建定制化的专属切片来解决问题。

2 专属切片客户自助管理需求

在传统的通信网络服务中，网络本身的管理和运营属于运营商的内部事务，包括网络运行状态的监控、网络资源的管理、用户的管理等。对客户而言，只能通过使用网络服务感知网络的情况，若遇到网络异常，通过客服或客户经理与运营商沟通，运营商内部查找和解决问题之后再回复客户。对于用户级的管理，客户也是向运营商提出请求，由运营商内部处理完成。总之，对客户而言，运营商的网络管理像一个黑箱，客户不能及时了解网络的运行情况，另外客户获取网络信息、解决客户网络问题的时间都比较长。

传统模式很难适应专属切片客户的新需求，对于采用专属切片的行业客户来说，由于专属切片应用到客户的关键业务中，例如工业制造的5G 应用场景，切片网络与客户的生产和业务流程紧密结合，切片网络与企业的内部网络（如专线网络、无线局域网）连接在一起，形成了端到端的生产网络，任何一段网络出现异常都会影响生产。对于内部网络部分，专属切片客户一般建立起自己的网络监控和管理系统，而对于5G 切片网络部分，若仍采用上述传统的网络管理模式，客户将难以实时获得切片网络状态，不能形成端到端的网络状态视图，从而不利于客户对生产流程的全面掌握。

故此，专属切片客户对切片网络具有较强的自助管理需求，一方面客户需要切片网络透明化，客户可以监控切片网络的运行状态，另一方面，客户需要有一定的自主管理能力，可以对切片网络及切片用户进行一定的自主控制。在切片网络层面，客户自助需求可能包括：切片端到端状态的监控、切片总用户连接数的监控、切片总流量的监控、切片网络的异常诊断、切片网络流量流向控制、切片参数的调节等，在切片用户层面，客户自助需求可能包括：用户在线状态的监控、用户位置区域的监控、用户业务签约信息的查询、用户网络使用记录的查询、用户加入切片、用户退出切片、用户QoS 策略的调整等。另外，由于不同行业客户的内部生产管理要求不同，对生产使用的网络设施监控和管理要求可能也不同，所以不同客户的自助管理需求还存在差异。

3 原子能力平台

为了应对切片自助管理需求，运营商需要一个汇聚切片网络管理能力的共享平台，以将相关能力开放给客户，将切片管理能力集成到自身的网管系统中，形成端到端的网络管理能力。原子能力平台承担了能力汇聚的功能，是提供共享能力的开放平台，旨在将运营商内部各专业域的能力（包括切片管理能力）进行原子化服务封装，通过标准化接口开放给行业应用使用，把运营商由原来相对封闭的体系转变为开放的体系，让各行各业的客户都能利用运营商建立和积累的各种网络能力、平台能力，从而促进行业客户的数字化转型。

原子能力平台用于汇聚和封装运营商内各种网络和平台的能力，包括移动网络能力、物联网络能力、固定网络能力、云平台能力、大数据平台能力、运营支撑能力等，这些原子能力都注册到原子能力平台上进行统一管理，平台还可以根据能力调用者的需求对原子能力进行编排，灵活组装出适用不同应用场景的新能力。

原子能力平台体系总体分为四层：能力提供层、能力管理层、能力开放层、能力调用层，其中能力管理层、能力开放层一起构成了原子能力平台。能力提供层是最终提供服务能力的实体集合，包括各类网络或平台，如移动网络、物联网、固定网络、云平台、大数据平台、运营支撑系统等。能力调用层是使用原子能力或组合能力的实体集合，包括运营商内部应用、各种渠道应用、第三方合作平台以及众多行业客户自己的应用系统，这些应用通过OpenAPI（RESTful API）或H5（HTML5）页面的方式调用原子能力平台提供的能力，从而将运营商的各种能力融合到自己的应用中。能力管理层是对各类能力进行统一管理的功能集合，包括能力注册、能力质量管理、能力配置、能力签约、能力开通、能力计费等，能力开放层是能力接入的功能集合，包括能力发现、能力认证、权限校验、流量控制、能力监控、智能路由等。为保证平台的高性能和高可靠，平台构建在弹性云平台之上，并采用各种分布式技术组件，如分布式数据库、分布式消息、分布式缓存、分布式文件系统、容器与容器编排等，原子能力平台的架构如图2 所示。

图2 原子能力平台架构

平台的运营需要完整业务流程配合，能力使用方关注能力签约、技术支持等流程；能力提供方关注能力注册、能力信息查询等流程；业务运营方关注用户管理、能力运营分析等流程；平动运营方关注平台系统管理、安全管理等流程。平台的运营也需要监控核心技术指标，包括周期性指标和实时性指标，前者包括成功率、失败率、总次数等；后者包括响应时长、报文大小的最新值、最大值、最小值、平均值等。原子能力上线前需要测试验证，除了正确性外，还要验证能力的处理性能和稳定性，测试参数包括响应时长、并发数、失败率、CPU/内存占用率、网络流量等。

以旅游行业为例，某景区为了向游客提供智慧导览服务，需要对游客进行定位、人流和车流分析，于是景区应用通过接入原子能力平台，使用三维地图、定位、人流热点、车流热点等能力，客户能力签约信息如表1 所示。

表1 原子能力签约示例

完成能力签约和接入流程后，景区客户就可以将上述原子能力集成到景区智慧导览应用中，向游客提供智慧导览服务。

4 专属切片客户自助管理方案

专属切片客户自助管理需求的实现需要调用到不同专业域的能力，原子能力平台架构正好切合专属切片客户自助管理的需要。客户可以根据自身需要签约使用不同的原子能力，从而解决了客户自助管理需求的差异化问题。首先将专属切片自助管理相关的原子能力注册到原子能力平台，然后开放给专属切片客户使用。客户可以将这些切片管理能力集成到自身的生产网络管理系统中，从而把生产所使用的内部网络与切片网络统一地监控和管理起来，形成一个完整的端到端的网络自助管理体系，客户自有网络系统具备了对企业内部网络与专属切片网络进行统一的网络配置、网络监控（拓扑/ 告警/ 性能等监控）、网络运营分析等能力。

专属切片客户自助管理相关原子能力提供情况主要涉及运营支撑域、大数据域、5G 网络域。在运营支撑域，提供能力的主要是CSMF（Communication Service Management Function，通信服务管理功能）/NSMF（Network Slicing Management Function，网络切片管理功能）模块，如切片生命周期管理、切片性能管理、切片SLA 管理、切片计费管理、切片故障管理、切片用户入网与退网、切片用户策略管理、切片用户使用记录管理等子模块。对于切片，NSMF 调用RN-NSSMF（Network Slice Subnet Management Function，网络切片子网管理功能）、TN-NSSMF、CN-NSSMF 的能力，实现各个切片子网的管理，对于切片用户管理者，通过调用切片核心网的UDM（UDM Unified Data Management，用户统一数据管理）和PCF（Policy Control Function，策略控制功能）等网元能力实现对切片用户的管理。大数据域主要负责采集各类系统与网络并进行挖掘分析以提供数据服务，运营支撑域是其重要的数据来源之一，主要提供业务和网络运维日常数据。对于切片的管理，在大数据域提供能力的主要是切片用户连接记录采集和连接行为分析模块，提供切片用户连接行为分析能力，如切片用户上网轨迹分析等。在5G 网络域，可提供基于NR（New Radio，5G 基站）的定位等网络能力，以实现客户对切片用户的实时或定时的定位功能。

技术流程上，首先基于平台的能力注册、能力配置等功能，将上述切片管理相关能力注册到平台，然后基于平台的能力签约、能力开通等功能完成客户自有网管系统的平台接入，最后客户自有网管系统基于能力发现、能力认证、权限校验、流量控制、能力监控、智能路由等功能调用切片管理相关能力，专属切片客户自助管理技术方案如图3 所示。

图3 专属切片客户自助管理方案

以客户自助进行切片用户QoS 策略调整为例，当客户需要对该某个专属切片用户进行QoS 调整时，以降速处理为例，客户在客户自有网管系统中录入用户降速信息，自主发起用户降速请求，然后客户网管系统调用原子能力平台的切片用户策略调整OpenAPI，API 的参数包括专属切片的S-NSSAI（Single Network Slice Selection Assistance Information，切片标识信息）、切片用户号码、限制的最大上行速率、限制的最大下行速率等，原子能力平台根据服务注册信息，发现该API 对应到运营支撑域的切片用户策略管理模块提供的能力，然后调用该能力的服务接口，接着切片用户策略管理模块向专属切片中的PCF 网元发起策略控制请求，PCF 生成动态的限制速率PCC（Policy and Charging Rule，策略及计费规则）规则并下发到专属切片中的SMF（Session Management Function，会话管理功能），SMF 按照新的PCC 规则执行用户的降速策略，从而达到客户自助对用户降速的目的。

5 结束语

随着行业客户数字化转型的不断推进，5G 专属切片的应用数量将会不断增多。专属切片网络作为行业客户生产基础设施的重要组成部分，对客户的生产和业务实现都会产生影响，故此，客户对专属切片的自主管控诉求不断增强，对网络切片的监控和管理、切片用户的监控与管理都存在较大的自助管理需求。原子能力平台能够汇聚专属切片及用户的监控与管理相关能力，并以扁平化方式和轻量级接口协议开放给行业客户使用，从而满足不同行业客户的差异化自助管理需求。展望未来，一方面需要积累更多的专属切片客户自助管理的经验，进一步优化方案，另一方面需要研究如何提炼和开放更多的原子能力，以支持向专属切片客户提供更全面的自助管理服务，例如与切片连接的专线网络、边缘云等自助管理能力。