5G网络共享场景下的切片设计流程研究

李 静，董秋丽，廖 敏（中国联通研究院，北京 100048）

1 概述

网络共享已经从几年前的一个概念发展成为5G系统的一个基本特征，移动运营商可以共享网络基础设施，加速网络推广，并以更低的成本为客户提供服务。当前日益增长的流量需求正促使网络运营商为部署5G移动网络寻找新的经济高效的解决方案。

资源共享，特别是无线资源共享，不仅降低了投资成本，还带来了运营成本的节约，移动网络运营商通过与其他运营商合作，通过共享网络资源来最大程度地降低网络成本，其中网络共享的模式在过去已经被探索并部署，如今，先进的5G 网络多租户［1］模式正日益获得运营商的青睐，为进一步降低资本支出和运营支出（CAPEX/OPEX）成本，同时创造新的商业机会，5G 引入切片作为共享的演进模式，基于端到端网络虚拟化在不同服务之间自动化共享资源。

新兴服务的快速发展使电信网络面临如下2个关键问题：一种是满足各种服务的灵活性需求，另一种是频谱短缺和成本增加。网络切片和网络共享是当前2个热门的解决方案，但对两者的结合研究较少，在考虑共享时，其独特性将为切片带来新的挑战：网络共享主要解决运营商频谱短缺和成本增加的问题，网络切片主要是为了满足各种服务需求的灵活性，针对两者共存场景，本文主要分析和定义了网络共享下的端到端切片的需求、设计流程及架构。

2 网络共享场景的切片需求

5G 网络共享的大背景下，网络切片的初衷与共享的理念具有一致性，推进网络切片的部署将有利于5G快速发展，推动全行业以及全社会的发展。下面将从4个方面分析5G共享网络下网络切片的部署需求［2］。

2.1 跟随政策导向，保障切片服务

为了加快5G发展，尽快落实5G新基建战略，国家出台相关政策，明确以深入推进5G 共建共享为重点，强化统筹建设，避免5G 重复投资与建设。然而，目前3GPP只标准化了三大切片场景eMBB、uRLLC［3］、mMTC，更多的切片场景都是运营商自定义的。在5G共享网络中可能会出现如下问题：当共享运营商A 的基站时，运营商A 的基站根据运营商A 的切片策略提供相应的无线资源和服务，但是当运营商B 的用户接入到运营商A 的基站时，由于运营商A 的基站无法获知运营商B 的切片策略，运营商A 的基站无法为运营商B的用户提供对应的切片服务，在网络共享场景下，切片的服务能力得不到相应的保障。

因此，在5G 网络共享的大背景下，网络切片作为5G 的关键技术之一，需要加快推进，以保障网络切片的服务能力，更好地为5G 发展注入强劲动力，推动5G快速发展。

2.2 高效利用资源，减少部署成本

5G 网络作为数字化社会的关键基础设施，其业务需求灵活多样为运营商带来了巨大的挑战，如果运营商遵循传统网络的建设思路，仅通过1 张网络来满足彼此之间差异巨大的业务需求，那么对于运营商来说这将是一笔成本巨大同时效率低下的投资。为了提高频谱资源利用率以及减少网络部署成本，网络切片技术应运而生，使得运营商能够在一个通用物理平台上构建多个专用的、虚拟化的、互相隔离的逻辑网络以满足灵活且多样的网络要求。网络切片实现了频谱资源间的共享，通过只提供必要的网络资源以满足服务，极大地提高了网络资源的利用率，有效解决了流量增长带来的频谱资源不足的问题，并且可以有效降低网络运维成本消耗。

此外，从2G 到4G，网络资源相对宽裕，但资源利用率却不高，网络投资没有得到最大化利用，这也是运营商努力改善的方向。而5G共享的推进，将直接大幅减少网络投资，提升国有资产运营的效率和网络利用率，这与网络切片的目的一致。因此在5G网络共享过程中，网络切片的应用最大限度地保障业务服务能力，提升网络资源利用率，同时进一步减少运营商网络的部署成本，最优化运营商的网络建设投资。

2.3 丰富5G业务，加强业务创新

不同于4G 以人为中心的移动宽带网络，5G 网络将实现真正的“万物互联”，并缔造出规模空前的新兴产业，为移动通信带来无限生机。相较于2G/3G/4G 时代的网络竞争，垂直行业成为5G 时代重要的业务场景，从传统以人为中心的服务拓展至以物为中心的服务。这不仅仅是电信业发展的新的价值所在，也是经济增长和社会发展的新引擎。在5G时代，更多的资源和精力需要被投注于业务和服务创新，业务创新将是5G网络的核心竞争要点。

网络切片的初衷是以垂直行业需求为导向，构建灵活、动态的逻辑网络，满足不同行业需求。而共享也使得运营商从网络建设中脱离出来专注于服务和创新，提高核心竞争力。因此在5G网络共享的大背景下，推动网络切片的进程，将有利于从信息通信行业内的共享逐渐走向与电力、铁路、医疗以及媒体等其他行业的跨行业共享，切片将有利于识别海量垂直行业的业务需求，催生全新的应用场景，为5G 赋能千行百业，助推数字经济蓬勃发展奠定坚实基础，为全行业以及全社会创造更大的价值。另外网络切片也将扩展和提升运营商的价值，促进企业转型和发展。

2.4 实现多运营商切片的互联互通

网络切片作为解决垂直行业的多样业务需求的有效手段，跨运营商间的切片业务可能有难度，会出现网络切片失效的情况。例如：对于一款游戏的用户，这些用户可能归属于不同的运营商，属于运营商A的用户使用相应的切片1，属于运营商B 的用户使用相应的切片2，切片1 和切片2 虽都是同种类型的切片，但是其参数配置等方面可能会不同，这使得切片间不能顺利实现互联互通，当用户双方通信时，切片就没有其存在的意义。

而切片的共建共享将成为解决该问题的一个有效方法，通过切片的共建共享更有利于实现跨运营商间切片的互联互通，为垂直行业提供更有效、更可靠的服务质量保障。

3 网络共享场景的切片设计流程

网络共享场景下的切片设计按照3 个阶段执行，包括目标确认和评估阶段、各域参数配置阶段、端到端切片架构输出阶段。

3.1 目标确认和评估阶段

该阶段是提出网络共享切片架构前的准备阶段，通过对现网各项信息的收集、分析以及运营商间的多方沟通，确认网络共享切片的目标、策略、共享资源情况，增加运营商切片管理接口标准规范等。

在共享网络的场景下，切片整个生命周期的管理将会比较复杂，而且运营商之间的沟通协同也至关重要。因此，需要通过需求分析将用户需求转化成对网络切片的需求。在这个阶段参与的角色有切片提供商、5G 共享网络的承建方和5G 共享网络的共享方，其中切片提供商可以是5G共享网络的承建方或者5G共享网络的共享方。

首先，共享双方需要对共享网络的切片需求进行调研，调研由切片提供商负责，5G 共享网络的承建方配合，调研内容包括区域、业务场景、用户规模、SLA［4］、可靠/安全要求等，此外还需要调研切片覆盖区域的无线/承载设备是共享的还是独建的。通过调研结果，切片提供商根据需求向5G网络的承建方列出需要对方共享的区域和对应的子切片需求［5］。5G 网络的承建方根据切片提供商提供的需求，分析现有网元是否可以满足这些无线/承载子切片需求，是否需要新建共享网元，分析完成后将分析结果和建议返回给切片提供商，切片提供商如果同意承建方的建议，则可以开始进行5G 共享网络中的切片设计，如果不统一，则需要双方进一步协商解决。

然后，由切片提供商牵头进行5G共享网络的切片设计，5G共享网络的承建方参与。切片设计主要有如下2种形式。

a）从下至上的设计方式。该方式下，切片提供商根据需求通过承建方NSSMF 设计子切片的NSST，即TN-NSSMF 设计TN NSST，AN-NSSMF 设计AN NSST，并将NSST返回给承建方的NSMF，NSMF向下获取NSSMF 返回的NSST 更新设计端到端NST，再通过端到端NST 设计核心网、承载网和无线网的NSST。通过这种从下至上的方式，各层设计不同场景的切片/子切片模板，供上层系统编排使用。

b）从上至下的设计方式。该方式下，切片提供商根据需求通过承建方的NSMF 设计端到端NST，然后拆分到对应的核心网、承载网和无线网的NSST。通过这种从上至下的方式，根据场景设计切片模板，并拆分到不同子域的子切片模板上，来满足切片提供商的需求。

上述2种方式可以只采用一种，也可以同时采用，即AN 子域的切片设计选择从上至下的设计方式，TN子域的切片设计选择从下至上的设计方式，也可以2个子域选择相同的设计方式。

最后，当共享网络部署完毕，切片管理（NSMF）根据用户需要开通的切片要求，选择合适的预制切片模板，设置切片实例化SLA信息，将SLA信息拆解到共享AN-NSSMF、TN-NSSMF 和CN-NSSMF，各子切片的NSSMF 将其转换为对切片建模的参数，并通过与网元之间的接口将参数下发到网元生效。

3.2 各域参数配置阶段

该阶段的任务是确定网络共享下各域的切片参数。在网络共享下，承建方和共享方共享一张承载网和无线网，承建方NSMF 能够接收来自承建方和共享方需要开通切片需求［6］，承建方切片管理系统通过设置切片模板以及拆分切片SLA 信息，并将相应的配置参数下发到各子域完成参数配置，具体的配置流程如图1所示。

图1 网络共享场景下端到端切片的各域参数配置

a）承建方NSMF 根据接收到需要开通的切片要求，选择合适的切片模板，并设置实例化的SLA信息。

b）NSMF 基于切片的历史数据进行智能分析，对业务类型、模板信息、实际关联的云网资源特性、配置参数等上下文信息，以及各域子切片实例SLA 测量数据（如时延、带宽、用户数、速率等）进行分析，分析切片模板、资源配置参数和SLA 信息之间的关联关系，推理出最优的SLA 拆分方案［7］，并将结果分别传输给各域切片管理器。

c）AN-NSSMF、TN-NSSMF 和CN-NSSMF 将各域SLA 信息转换为对切片建模的参数，并通过与网元之间的接口将参数下发到网元生效。

d）无线侧NR 部署完毕，TN 侧设备部署完毕，CN侧VNF部署完毕。

3.3 网络共享切片架构输出阶段

通过目标确认和评估阶段，合理规划切片的网络需求，确认合适的网络共享下的切片架构来实现运营商双方的切片管理，以保障共享网络的切片服务能力。本文提出3 种网络共享下的切片架构［8］，分别是单网双平面架构、双网双平面架构以及单网单平面架构。

3.3.1 单网双平面架构

单网双平面架构如图2 所示，承建方和共享方共同建立一张物理网络，设备机框、电源、风扇等共用，但是双方使用的物理端口隔离，并且由承建方分配端口资源，同时承建方和共享方在传输网络上的切片资源和容量都是独立的。承建方和共享方分别使用自己的TN-NSSMF 来对切片业务进行管理、控制和查看，同时双方的NSMF只能对接自己的TN-NSSMF。

图2 网络共享切片架构——单网双平面

单网双平面架构下，共享双方上行可独立50GE组网，可独立规划带宽资源，同时采用独立的切片资源、独立的拓扑结构、单纤双向光模块，节省了光缆资源。这种架构保证了共享双方资源的隔离和独立运维，具有部署和实现难度低、沟通成本小、运营上线快等特点，但该架构的共享资源利用率比较低。

3.3.2 双网双平面架构

双网双平面架构如图3 所示，承建方和共享方建立2 张物理网络，由双方各自独立建设。承建方和共享方基站共享，基站采用2 个物理口连接到双方的接入设备。同时承建方和共享方在传输网络上的切片资源和容量都是独立的。网络资源的使用情况仅本方可查可视，承建方和共享方分别通过自己的TN-NSSMF，实现业务可视、可管，互不影响，双方的NSMF 只能对接自己的TN-NSSMF。承建方和共享方的ANNSSMF共享，TN-NSSMF和CN-NSSMF分开建设。

图3 网络共享切片架构——双网双平面

双网双平面架构下，承载网独立建设以及独立运营，共享双方的分工明确，架构比较清晰。这种架构保证了共享双方资源的隔离和独立运维，有助于共享双方业务发展，能实现双方业务独立自主并快速开通，双方业务互不影响和依赖。由于双方分开建设，仍存在共享程度较低，资源利用率低以及部署成本节省较少等问题。

3.3.3 单网单平面架构

单网单平面架构如图4 所示，承建方和共享方基站共享，双方共同建立一张物理网络，整个网络共用物理端口资源。承建方和共享方共享网络切片资源，但承建方独家管理网络切片和网络资源使用情况，共享方不能管理和配置，仅可以通过协商的方式进行查询和网络维护。共享双方各自建设CN-NSSMF，TNNSSMF和AN-NSSMF由承建方建设。

图4 网络共享切片架构——单网单平面

单网单平面架构下，承建方独家建设和管理ANNSSMF 和TN-NSSMF，共享双方能够共享切片资源。该共建共享切片架构十分清晰，网络管理分工和职责明确，网络资源能够最大程度地共享，提高资源利用

率，减少网络的部署成本。但在该架构下，共享双方的业务发展不均衡，在资源分配调度上较难协调，同时共享方的业务响应速度依赖于承建方的服务能力，不利于共享方业务快速开通。

4 结束语

本文首先分析了5G 网络共享场景下实现端到端切片的运营和创新需求。然后详细说明了5G 网络共享场景下切片设计阶段的重点内容，包括目标确认和评估、各域参数配置、切片架构输出等。然而，对于网络共享下的切片部署，全球还没有先例。5G商用还处于起步阶段，不确定因素较多，部署网络切片对运营商来讲是一个巨大的挑战，未来需要重点关注以下几个方面的研究进展：共享场景中，基站的切片功能和流程研究［9］，无线子切片管理系统AN NSSMF 功能以及共享互联的功能，承载子切片管理系统TN NSSMF功能以及共享互联的功能，网络设备和AN NSSMF、TN NSSMF、NSMF 之间的管理架构和部署方案，承建方和共享方的协同交互管理方案，基站与核心网的切片配置参数交互，各域子切片连通等［10］。