无线切片能力验证及应用探讨

张 斌，王 哲，龙青良，陈任翔（.中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 450007；.中国铁塔广东分公司，广东广州 50000；.中国联合网络通信集团有限公司，北京 000）

1 概述

5G时代业务丰富多彩，eMBB、uRLLC、mMTC三大应用场景对网络的需求各不相同，5G网络需要同时满足差异化、多元化的业务需求。切片能够将网络资源灵活分配，将网络能力灵活组合，可以基于5G 网络虚拟出多个具备不同特征的逻辑子网，提供面向不同场景的按需定制网络服务，网络切片是5G满足业务差异化需求的保证。

网络切片具有端到端的属性，一个切片业务会从无线侧到核心网实现端到端的资源隔离，在无线侧、传输侧、核心网侧都有相应的实现方式。本文主要关注无线侧切片的实现，首先介绍无线侧切片的几种实现机制，然后通过现网的切片试验验证切片的网络能力，最后在能力验证的基础上给出切片的应用建议。

2 无线侧切片的实现机制

2.1 基于QoS的切片实现

5G QoS 通过定义QoS 策略进行差异化的网络质量保障，通过分级的方式满足不同用户或业务的需求，可以认为5G QoS是在一张网络内基于用户或业务的逻辑“切片”技术，因为没有物理资源的隔离，基于QoS的切片实现也被业界称为“软切片”。

基于QoS的切片实现有2种方式，即基于5QI的切片实现方式和基于切片ID+5QI的切片实现方式。

基于5QI的切片实现方式即所有用户共享空口的RB 资源，依据用户的QoS 配置进行差异化调度，相同的5QI调度优先级一致，分配的网络资源一致，网络的服务质量也一致，如图1所示。

图1 基于5QI的切片实现

与之相对的是基于切片ID+5QI的切片实现方式，网络依据切片ID+5QI进行差异化调度，可能出现相同的5QI 对应的QoS 配置不同，调度优先级不同，网络服务质量也不同的情况。

2.2 基于RB资源预留的切片实现

基于RB 资源预留的切片实现属于硬切片的范畴，真正实现了资源的隔离，RB 资源预留都是针对切片组的，因此首先需要根据切片ID 设定切片组，如设定2B 切片组=2B 切片ID1+2B 切片ID2，基于RB 资源预留的切片实现如图2所示。

图2 基于RB资源预留的切片实现

切片组划分完成后，基站可针对切片组进行资源分配，分配的资源包括切片专用资源、优先资源和最大资源。专用资源即该切片组专享资源，非本切片组用户不能使用；优先资源为本切片组用户优先使用的资源，当本切片组用户不使用时其他用户可以使用；最大资源是针对该切片组的一个资源限制，即该切片组最多使用的资源不能超过此门限。

2.3 基于载波隔离的切片实现

基于载波隔离的切片实现是要求不同切片（主要是2C 切片和2B 切片）承载在不同的频段上，可以实现空口资源的彻底隔离，如图3 所示。载波隔离的关键是接入控制，目前的接入控制主要有基于PLMN、基于NPN等方案。

图3 基于载波隔离的切片实现

基于PLMN 的载波隔离主要实现方式是不同的载波广播不同PLMN，UE 依据自己的签约PLMN 信息选择相应的驻留载波。但由于PLMN 资源有限且申请困难，很难大规模应用。

为此，3GPP 在R16 中提出了NPN 的解决方案，根据与运营商网络的关联程度，分为独立NPN（SNPN）和非独立NPN（PNI-NPN）2 种模式。SNPN 模式下，网络通过PLMN+NID 来标识，可以不依赖于运营商建网，PLMN 取值可为999，配置为SNPN access mode 的用户只能通过SNPN接入网络。PNI-NPN模式，通过PLMN网络来提供NPN 服务，通过PLMN ID 和CAG ID 来确定一个CAG，启用了CAG 的小区只允许签约CAG 用户接入，CAG用户可以选择接入或不接入公网。

3 无线切片能力验证

3.1 切片的网络性能验证

切片的网络性能验证主要测试基于5QI 和切片ID+5QI 2种实现方式，切片的性能保障能力。

3.1.1 测试的预置条件

本测试需4 部测试终端，分别签约切片ID1、ID2、ID3、ID4，其中切片ID1、ID2 使用5QI9 作为默认承载，切片ID3、UE4 使用5QI4 作为承载；5QI4 对应的下行GFBR=400 Mbit/s，MFBR=600 Mbit/s。基站及核心网均支持测试用例中所涉及的切片功能。

3.1.2 测试步骤

本测试的测试步骤如下。

a）将UE1、UE2、UE3和UE4放置在测试小区的好点，开启飞行模式。

b）UE1、UE2 解锁飞行模式，发起满buffer 下行FTP 业务。待速率稳定后，连续测试3 min，记录UE1和UE2的下行平均速率等指标。

c）保持UE1 和UE2 下载业务。解锁UE3 飞行模式，发起大包灌包的下行UDP 业务（灌包速率为600 Mbit/s）。待UE3 速率稳定后，连续测试3 min，记录UE1、UE2和UE3的下行平均速率等指标。

d）保持UE1、UE2 和UE3 的下载业务。解锁UE4飞行模式，发起大包灌包的下行UDP 业务（灌包速率为600 Mbit/s）。待UE4 速率稳定后，连续测试3 min，记录UE1、UE2、UE3和UE4的下行平均速率等指标。

e）基站维持切片ID1 的5QI9 的相对调度权重X，设定切片ID2的5QI9的相对调度权重是2X；基站维持切片ID3的5QI4的绝对调度优先级Y，设定切片ID4的5QI4 的绝对调度优先级为Z，且需满足Y＜Z。重复步骤a）～d）。

3.1.3 测试结果

测试结果如表1所示。从表1可知，基于5QI的切片实现方式下，相同5QI 对应的服务质量和业务体验基本一致；基于切片ID+5QI 的切片实现方式下，相同5QI 对应的服务质量和业务体验会随调度权重和调度优先级不同而不同。

表1 基于5QI/切片+5QI的调度测试结果

3.2 切片组的网络性能验证

3.2.1 测试的预置条件

本测试需要6 部终端，签约信息如表2 所示，5QI4对应的下行GFBR=400 Mbit/s，MFBR=600 Mbit/s。基站及核心网均支持测试用例中所涉及的切片功能。基站配置切片组1，切片组1 包括2C 切片ID1 和切片ID2。切片组1 的下行专用资源比例是20%，下行优先资源比例是40%，下行最大资源比例是60%。

表2 切片组测试终端签约信息

3.2.2 测试步骤

本测试的测试步骤如下。

a）将UE1、UE2、UE3、UE4、UE5 和UE6 放置在测试小区好点，开启飞行模式。

b）UE1 解锁飞行模式，发起满buffer 下行FTP 业务。待UE1 速率稳定后，记录UE1 下行平均速率、下行平均占用PRB个数等指标。

c）保持UE1 下载业务，解锁UE4 飞行模式，发起满buffer 下行FTP 业务。待UE4 速率稳定后，连续测试3 min，记录UE1 和UE4 的下行平均速率、下行平均占用PRB个数等指标。

d）保持UE1 和UE4 下载业务。解锁UE5 飞行模式，发起满buffer 下行FTP 业务，待UE5 速率稳定后，连续测试3 min，记录UE1、UE4、UE5的下行平均速率、下行平均占用PRB个数等指标。

e）保持UE1、UE4 和UE5 下载业务。解锁UE2 飞行模式，发起满buffer 下行FTP 业务，待UE2 速率稳定后，连续测试3 min，记录UE1、UE2、UE4、UE5 的下行平均速率、下行平均占用PRB个数等指标。

f）保持UE1、UE4、UE5 和UE2 的下载业务。解锁UE3 飞行模式，发起满buffer 下行FTP 业务，待UE3 速率稳定后，连续测试3 min，记录UE1、UE2、UE3、UE4、UE5 的下行平均速率、下行平均占用PRB 个数等指标。

g）保持UE1、UE2、UE3、UE4 和UE5 下载业务。解锁UE6 飞行模式，发起满buffer 下行FTP 业务。待UE4 速率稳定后，连续测试3 min，记录UE1、UE2、UE3、UE4、UE5 和UE6 的下行平均速率、下行平均占用PRB个数等指标。

3.2.3 测试结果

测试结果如表3 所示。由步骤b）的测试结果可知，切片组的专用资源是刚性保障的，无论切片组用户是否使用，其他用户都不能占用，在切片组用户无业务时，非切片组用户可以使用优先资源；由步骤c）～g）的测试结果可知，在切片组用户有业务时，优先资源全部由切片组用户使用，非切片组用户和切片组用户根据调度优先级分享其他资源，但是切片组用户使用资源不能超过最大资源门限，如图4所示。

表3 切片组的调度测试结果

图4 切片组用户及非切片组用户PRB资源占比

4 切片业务应用探讨

根据前面章节的分析可知，切片可以为不同用户提供差异化的业务保障，同时为运营商进行切片运营提供了可能，运营商的商业模式也将从原来向消费者“卖流量”扩展为向各行各业“卖网络能力”和“卖服务”，从而可实现网络价值最大化。本文从2C、2B、2B2C等3种业务模式对切片应用进行简单的探讨。

4.1 2C应用——重点人群业务保障

对于地铁、演唱会等特殊场景，业务量大，基站利用率高，容易出现网络拥塞，需要对现场工作人员、秩序维护人员进行特殊通信保障。

可以采用RB 资源预留的方式对覆盖区的基站基于切片组进行资源预留，现场工作人员的终端签约切片，成为切片组用户，当网络业务超忙时，普通用户可能出现业务质量下降，切片组用户可以利用切片组的专用资源和优先资源实现正常通信。

4.2 2B应用——车联网/自动驾驶业务保障

对于车联网、自动驾驶等业务，需要网络具备高可靠、低时延的能力，5G网络除了要uRLLC升级外，还需使用切片功能对该类业务做重点保障。

首先对行车路线上的基站进行切片组配置，车联网终端签约2B 切片，成为切片组用户，车联网业务可以专享切片组的专用资源并优先享用切片组的优先资源。当然，切片业务是一个端到端的流程，在实际应用中还需要配合传输切片、核心网切片共同完成。

4.3 2B2C应用——游戏加速应用

对于“氪金”游戏玩家，追求极致的游戏体验，但是游戏运营平台只能提供游戏内容服务，无法提供网络质量保障，因此需要向运营商订购游戏专属切片。运营商需要为该款游戏分配切片ID，并按切片+5QI的方式提供切片服务，保障定购加速包的游戏玩家的网络体验。

具体的业务流程如图5 所示，首先游戏厂商向运营商订购游戏加速切片，运营商为该款游戏分配切片ID，并配置相应的服务等级；其次游戏玩家向游戏厂商订购游戏加速业务，游戏厂商向运营商提出增加切片成员，运营商通过URSP 协议告知玩家该款游戏关联的切片ID；此后游戏玩家再启动游戏即可享受切片ID+5QI方式的业务保障。

图5 2B2C模式切片业务流程

5 结束语

切片是5G最具特色的功能，通过切片技术运营商可快速、灵活地部署满足行业需求的逻辑专网，满足不同业务差异化的网络需求。由切片能力验证可知，切片在网络资源分配，资源保障方面具有独特的优势，未来在5G 网络运营方面将有广泛的应用。当然，切片作为一个全新的技术与业务模式，在业务质量保障、商业模式探索、产业链引导等方面仍然有大量的工作要做，需要端、网、业全产业链的共同努力。