5GSA切片产业联盟系列白皮书 5G行业终端切片白皮书 2021年6月 联合编写单位及作者 中国联通智网创新中心：陈斌，冯毅，童磊，陈璇，庞博文 中国联通研究院：魏进武，许珺，朱子园，姜琳，周晶 鼎桥通信技术有限公司：张韶井，冯翔，佟学俭，杨小倩，孔胜淼，鲜柯，杨坤，姜盛琪 中国电力科学研究院有限公司：王智慧，孟萨出拉，杨德龙，韩金侠，朱思成，陈端云，苏素燕， 陈锦山，夏炳森，陈瀚 珠海格力电器股份有限公司：李斌，谢义东 数字王国集团有限公司：数字王国 中国移动通信有限公司研究院：丁海煜，邓伟，李男，宋丹，金晨光，韩艾彤 中国电信集团有限公司：中国电信研究院 华为技术有限公司：任永铮，刘鹤贤，乔雷，童高升 物联网智库：彭昭，黄云皓 思博伦通信（亚洲）有限公司：于源江 亚信科技（中国）有限公司：朱多智，王志刚，曾港，王达 目 录 Contents 01 前言 02 5G行业终端切片典型业务场景 2.1监控类终端 2.2 自动控制类终端 2.3 远程控制类终端 03 R15到R17网络切片标准进展 3.1 R15阶段标准 3.2 R16阶段标准 3.3 R17阶段标准 04 终端支持网络切片关键技术要求 4.1终端切片系统总体架构 4.2终端切片流程中的关键参数 4.3终端基本切片功能 05 5G行业终端切片解决方案 5.1 5G行业终端与消费者终端支持切片差异化 5.2 5G行业终端支持切片解决方案 5.3 5G行业终端参考设计方案 06 切片与其他行业关键技术的结合 6.1 切片与NPN 6.2 切片与5G LAN 07 5G行业终端切片应用案例 7.1 多媒体行业切片 7.2 智慧电力切片 7.3 智慧港口切片 7.4 智慧工厂切片 08 小结与展望 前言 移动通信发展到5G时代，将通过驱动未来的创新和经济增长，带来比以往任何一代移动通信技术更大的社会效益，并让新的数字服务和商业模式蓬勃发展。5G时代的到来绝不只体现在超高速率上，5G的三大原子能力，不仅能为公众消费者提供差异化的服务，也为推动与垂直行业结合的应用创新提供了坚实基石。5G之前的通信系统，很难针对某一类业务，某一类应用做精细化的计费与服务。为了真正满足千行百业的多种业务场景服务的差异化需求，满足消费者应用体验的差异化，5G引入了端到端的切片技术，让信息通信网络能够具备不同的能力、适配不同的应用、更好满足行业客户差异化的业务体验需求，是5G赋能千行百业的有效手段。 当前，围绕5G切片的技术、部署、商业模式、产业生态，业界一直在探索，依然需要各方协同，共同推动产业的发展。5G端到端切片能力的打通，单靠网络切片是不够的，终端切片同样不可或缺。作为端到端切片的重要一环，终端切片功能贯通应用程序、操作系统和基带芯片/模组三层。一方面是对切片通信协议的支持，另一方面是切片对业务的感知和绑定。终端内部如何完成从底层芯片模组，到操作系统、上层应用之间的协作，涉及产业链的各个环节，业界还未形成明确的共识。行业终端与消费者终端相比，从使用场景、业务标识获取、实现方案上存在一定差异，其难度相对较小。因此，针对行业终端开展切片研究，率先推进行业终端切片的实现，可以加速行业切片的落地，助力高品质行业应用迈向成熟。 本白皮书主要通过对行业切片典型业务场景的分析，体现了行业终端切片的优势；结合网络切片的标准进展及终端支持网络切片关键技术要求，阐述了现阶段行业终端切片的能力现状和基本功能。对比行业终端和消费者终端支持切片的差异，提出了行业终端支持切片的解决方案，并展示了行业终端切片的具体应用实例。 02 5G行业终端切片典型业务场景 2.1 监控类终端 视频监控类终端是应用最广的行业终端，视频监控终端需要将摄像头采集到的图像、视频等上传到视频监控平台，对上行带宽有较高的需求。 视频监控与机器视觉、人工智能等技术结合形成智能监控系统，可广泛应用于城市安防、交通监控、工业巡检等场景，是实现平安城市的重要手段。当前视频监控业务主要使用1080P传输，并逐渐呈4K、8K等高清化趋势发展。 根据不同的分辨率需求，视频监控业务对上行网络性能的需求如下： 分辨率 网络速率要求 时延 1080P ≥4 Mbps ≤50ms 4K ≥15 Mbps ≤50ms 8K ≥60 Mbps ≤50ms 5G eMBB网络切片能满足视频监控业务的移动、多视角、高清的上行大带宽需求，为视频监控类业务进行端到端网络保障；同时，终端侧需要支持5G上行载波聚合功能以支持上行大带宽需求。 2.2自动控制类终端 工业自动控制类终端通常对网络的时延和可靠性有较高要求，以智能电网为例，其涉及的工业控制类场景包括智能分布式配电自动化、精准负荷控制等，对无线网络时延和可靠性提出了较高要求。 分布式配电自动化通过将主站的集中处理能力下沉到配电终端，通过配电终端之间的对等通信进行信息比对，从而实现快速故障定位、隔离及非故障区域的供电恢复，最大可能减少了因配电故障导致的停电时间和范围。由于分布式配电自动化依赖于终端之间的相互通信，对通信的可靠性有了更高的要求，需要网络满足15ms时延，5个9（99.999%）的可靠性，以及高安全隔离要求。 精准负荷控制系统是特高压直流电网的主要保护系统。特高压直流故障初期，为了阻止频率快速下降，调控中心需要快速切除可中断负荷。可中断负荷用户通常包括普通工业用户、大型商业用户、电动汽车充电站等日常负荷量较大的用户，具备用户数多、分布广的特点。通过5G切片实现配电终端的毫秒级精准负荷控制，快速切除可中断的非重要负荷，将经济损失和社会影响降到最低。 智能电网中控制类业务的网络需求如下表，通过5G URLLC网络切片可以满足智能电网的低时延、高可靠性需求。由于URLLC业务的关键增强技术大多在R16版本中实现，对于低时延业务类终端需要支持R16功能的相关特性以匹配URLLC网络需求。 应用 时延 带宽 可靠性 分布式配电自动化 ≤15ms ≤2Mbps 99.999% 精准负荷控制 ≤50ms ≤2Mbps 99.999% 2.3远程控制类终端 对于远程控制类终端，通常需要多种切片同时保障大带宽视频信号和低时延控制信号。行业终端在远程操控等场景会同时接入eMBB切片和URLLC切片，需要在这种多业务并发场景仍能保障URLLC的业务体验。 R16通过定义多种场景下，业务和业务资源碰撞，不同信道碰撞时的优先级和抢占规则，对两种业务进行区分。即使在不同终端多种业务共存/复用时，可以保障URLLC业务的体验。 以智慧港口为例，其涉及的远程控制类场景有以下两类： 远程龙门吊。传统龙门吊是特殊工种，需要在30米的高空控制吊桥实现集装箱从船到岸的装卸，具有很大的安全隐患。通过远程控制龙门吊可以在地面中控室观看多路视频进行远程操作，一名远程控制人员可以操作3-6台龙门吊，极大提高了工作效率及作业安全性。单台龙门吊远程控制一般需要回传 10-15 路监控视频，1080P 分辨率下对带宽需求约 30Mbps，同时中控室与龙门吊的 PLC 通信对网络时延要求在18 毫秒以内。 无人内集卡（港口内部集装箱卡车）。传统港口通过内集卡来负责集装箱在堆场和码头间的水平运输，纯机械式作业极易造成卡车司机的疲劳驾驶。港口内部路况单纯，是实现内集卡自动驾驶的理想场景。调度平台通过控制信号实现对无人集卡的自动化调度，同时无人集卡要加装至少4路摄像头以便出现故障时实现远程故障判断和远程操作。 智慧港口的远程控制类业务网络需求如下表所示。 5G多切片可以在一个终端上同时实现eMBB切片和URLLC切片，同时保障视频信号和控制信号的稳定传输，满足远程控制类终端的多种网络需求。 应用 时延 带宽 可靠性 远程龙门吊（控制部分） ＜18ms ≤2Mbps 99.999% 远程龙门吊（视频部分） ＜50ms ≥30Mbps 99.9% 无人集卡（控制部分） ＜18ms ≤2Mbps 99.999% 无人集卡（视频部分） ＜50ms ≥15Mbps 99.9% 03 R15到R17网络切片标准进展 3GPP最早在SA1的TR 22.864报告中提出了网络切片的需求，并在TR 23.799报告中对网络切片方案进行了初步研究。在R15阶段，SA2正式把网络切片的相关概念、方案写入了TS 23.501标准中。而SA3负责研究网络切片安全方面的问题，SA5则进行了网络切片管理的研究以及网管设备的标准化；此外，RAN对网络切片也进行了研究，并最终在RAN侧支持网络切片的功能，实现了端到端的网络切片。在R16阶段，针对已具备可使用基础能力的网络切片，标准进一步完善了切片鉴权、计费及自动化编排管理的能力，以更好的适配丰富的行业应用需求。SA2在R17阶段针对GSMA NG.116中定义的网络切片属性立项，进行网络切片增强第二阶段的研究。而CCSA也开展了“5G网络切片 端到端网络切片模板（NST）技术要求”项目的研究。 3.1 R15阶段标准 3.1.1网络切片的架构与标识 网络切片是将PLMN从单个网络转换为创建逻辑分区的网络，并通过适当的网络隔离，资源，优化的拓扑结构和特定的配置来满足各种服务需要。SA2在TR 23.799报告中根据控制面功能的共享情况，网络切片的架构设计可以有三种可选方案。标准最终选择了只有部分核心网网元进行隔离的架构方案（包含核心网的控制面网元共用，用户面网元进行隔离的架构）。 而不同的业务需要不同的网络切片，那么运营商就需要部署多个网络切片为不同的业务提供服务，且对于请求多个业务的终端也有同时接入多个网络切片的需求。标准定义的网络切片标识为单一网络切片选择辅助信息（S-NSSAI），S-NSSAI是一个端到端的标识，即终端、基站、核心网设备都可以识别该切片标识，其由切片/服务类型（SST）和切片差异化（SD）两部分组成。而考虑到终端可以使用多个网络切片的场景，S-NSSAI的组合被定义为NSSAI，标识一组网络切片，其在切片选择过程中起到非常重要的作用。 3.1.2网络切片的操作 核心网为切片选择专门引入的网络切片选择功能NSSF实体，其主要功能包括为终端选择网络切片实例集合，确定Allowed NSSAI，确定为终端服务的AMF集合、候选AMF列表。 终端的切片操作主要包含终端初始注册时的AMF选择，并在此过程中获得Allowed NSSAI，以及终端在切片内的PDU会话建立：选择支持网络切片的服务AMF包括注册到网络切片集、修改终端网络切片集，及支持网络切片的AMF重定向；终端在切片内建立PDU会话包括终端根据UE路由选择策略（URSP）中的网络切片选择策略（NSSP）选择切片，并根据切片信息查询或选择相关NF，最终建立PDU会话。 3.1.3网络切片的管理 SA5在TR 28.801报告中提出的三层切片管理架构包括通信服务管理功能（CSMF）、网络切片管理功能（NSMF）和网络切片子网管理功能（NSSMF），以便为管理自动化提供适当的抽象级别；此外，SA5将一个完整的网络切片分为如无线切片子网、核心网切片子网、传输切片子网等小的切片子网，以便端到端的网络管理。 3.2 R16阶段标准 3.2.1网络切片的优化 在R16的网络切片能力增强工作项目中，主要是在注册过程中增加切片对终端的认证过程，以及在4G到5G切换时，增强切换和注册流程，以使得5G侧能够选择更合适的网络切片。 1、网络切片特定鉴权与授权功能 在R16中，引入了一个网络切片特定鉴权与授权NSSAA的概念，即需要第三方厂商和终端针对是否允许终端使用该网络切片进行再次鉴权；AMF将S-NSSAI的NSSAA状态存储为挂起，当NSSAA完成时