5G端到端网络切片发展研究报告2021

目录 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告引言网络切片标准进展网络切片产业进展 网络切片商用推进网络切片面对的挑战网络切片阶段部署建议网络切片典型应用案例总结与建议缩略语贡献单位P1P2P8P15P16P18P18P22P23P24 1IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告引言5G网络作为通信技术发展的里程碑，除服务于个人用户外，更多的是满足千行百业的数字化转型需求。个人用户或行业用户对于网络的需求在带宽、时延、可靠性、海量连接等方面千差万别。通过一张大网满足差异巨大的不同需求，对运营商来说，将是一笔成本巨大且效率低下的投资；对用户来说，也无法得到满足要求的服务。网络切片技术将一张物理网络划分为可以满足不同需求且互相隔离的多个逻辑网络，被认为是可以满足5G多样化业务需求的关键技术。网络切片技术自诞生起就备受关注，无论是标准方面还是产业方面都付出了很多努力，力求能够真正落地，服务社会。但由于网络切片涉及领域众多，需要各组织、各领域间进行有效的协同，才能真正实现端到端网络切片的能力。本研究报告全面梳理了国际国内关于网络切片的研究进展和标准定义，深入分析端到端网络切片产业界各领域的实现进展，基于目前运营商在网络切片商用推进的进展，识别出网络切片仍面临的挑战，给出网络切片阶段部署的建议。本研究报告拟为产业界呈现网络切片技术在现阶段的全貌，为后续推动网络切片的成熟应用提供参考。 2IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告网络切片标准进展2.1 国际标准进展2.1.1 概述端到端网络切片涉及终端、无线网、承载网、核心网、切片管理器等众多领域，能力上包括架构、基本功能、安全、管理、编排等。3GPP、ITU/IETF、GSMA等国际标准组织在网络切片方面分别在各领域进行深入的技术研究和探索，但都没有完整给出端到端网络切片的功能架构和管理架构。国际上各标准组织的研究内容和相互之间的关系如图1所示：图1 国际标准组织关于网络切片的研究关系2.1.2 3GPP 标准进展1、SA1进展3GPP SA1从R15版本开始，提出了网络切片服务需求的内容，包括无线接入网和核心网。5G系统各国际标准的具体研究内容详见以下各节所述。 3IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告应允许运营商定义网络切片，包括网络切片支持的功能、性能、允许UE接入哪些切片、接入网络切片的地域限制等。R16版本主要讨论切片的商业模式以及如何保证切片内的通信安全。R18版本对切片的接入方式进行了增强，包括网络切片限制、接入到多个网络切片、网络切片选择的优先、切片相关的PLMN选择方式等。以期望实现在不同类别的限制条件下（例如与无线资源和频谱相关的限制），UE接入网络切片，同时在网络切片或分配的资源有变化时，最小化服务的中断；以及支持额外的对于网络切片的第三方控制和配置的服务开放。2、RAN进展3GPP RAN从R15版本开始，提出了支持网络切片的内容。RAN侧对网络切片的支持依赖于不同切片的流量由不同的PDU会话处理。RAN可以通过调度和提供不同的L1/L2配置来实现不同的网络切片。NG-RAN需要支持如下功能：切片感知，RAN侧切片选择，切片间资源管理， 基于切片的QoS支持，基于切片的核心网网元选择，切片资源隔离，基于切片的接入控制，切片可用性检查，支持UE同时接入多切片，基于切片的UE合法性检测等。R17版本，RAN侧设计了新的增强机制：如基于切片的小区选择/重选，切片业务连续性保证等。3、SA2进展3GPP SA2在R15版本提出了网络切片的基本概念，制定了5G网络支持网络切片所需的基本功能、方案和流程。标准的网络切片主要分为3大类型，包括eMBB切片、URLLC切片和MIoT切片，每个网络切片都由S-NSSAI来唯一标识。用户接入网络时，会基于用户签约数据、切片选择策略、用户请求等完成网络切片的选择，从而接入到可以满足相应需求的网络切片中。R16版本，扩展了切片类型V2X，还对网络切片漫游、5G网络切片与EPS互操作进行了规范。为了支持第三方对终端接入网络切片进行认证和授权，进一步增强了网络切片安全机制，制定了网络切片特定的认证与授权机制。R17版本，扩展了新的切片类型HMTC，支持高性能机器类型通信，同时进行部分GST（Generic Slice Template，通用网络切片模板）参数在3GPP 范围内的研究和标准化，包括对切片内接入UE数、PDU会话数、数据速率等的控制。4、SA3进展3GPP在网络切片安全方面的研究工作主要在SA3开展，R15版本网络切片安全主要针对网络切片的管理安全开展了研究和标准化工作。在切片管理接口上需要对切片管理请求者基于TLS进行认证和授权，并保护接口上的数据安全。R16阶段，主要围绕网络切片特定的认证与授权、网络切片即服务的安全、用户隐私以及网络切片NSSAI安全保护几个方面开展网络切片安全增强研究，明确了主认证和网 4IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告络切片特定认证的关系，完成了网络切片特定的认证与授权、网络切片特定的重认证与重授权和授权撤销流程的标准化工作。R17阶段开展的网络切片安全增强项目的研究工作，主要涵盖为 UE 的网络切片访问控制引入新 NF 的安全要求和安全服务的定义，与网络切片配额管理、数据速率限制和同时使用切片的限制相关方面的安全威胁和风险，以及RAN侧网络切片研究项目中涉及的与网络切片相关的小区选择和重选信息广播的隐私和安全三个方面。5、SA5进展3GPP SA5从R15开始制定了基于服务的管理架构，用于统一的5G网络及端到端网络切片管理，该系列标准包括5G网络及切片管理的基本概念、管理架构、管理服务以及针对切片的网络资源模型（NRM），性能测量数据（PM）和关键性能指标（KPI）等。R16进一步完善，增加了相应的管理服务解决方案集，多租户环境支持管理，管理服务发现， 服务等级协议（SLA）保障，网络切片计费等，并且开始了网络及切片自动化部署及管理的研究工作，包括：闭环服务等级保障管理（COSLA），意图驱动管理（IDM），管理数据分析服务（MDAS）和自治网络分级（ANL）等。R17阶段对多租户管理，5G SLA管理，网络资源模型，性能测量数据和关键性能指标做了进一步增强，同时开始研究切片管理能力开放，切片管理能力增强等。上述规范为端到端网络切片的部署和运行维护提供了基本的管控编排能力，但对于承载网络的编排管理，标准层面需要3GPP和ITU/IETF间进行互通和拉齐。2.1.3 ITU/IETF标准进展承载网网络切片的标准化工作主要在ITU和IETF进行。ITU从传送、网络、协议、管理编排等领域全面推进网络切片标准化工作，目前已初步完成网络切片标准体系构建，未来，ITU将持续推进切片技术的演进，探索切片与网络智能化、意图网络等的结合。ITU-T SG15已形成了以SPN技术为核心的ITU-T下一代传送网技术标准体系，该标准体系包括MTN接口（G.8312）、架构（G.8310）、设备（G.8321）、保护（G.8331）、管控（G.8350）、同步（G.mtn-sync）和演进（G.Sup69）。SPN高效融合了TDM和分组交换，在L3层、交叉、光层、管控等方面具有重要创新和突破。SPN引入了统一的时隙交换和分组交换机制，实现TDM硬管道与分组软管道共存，可构建基于物理隔离的高安全性和资源专享的切片子网，保证拥塞环境下的业务质量；SPN基于66B原子码块时隙交换，具备高效报文转发机制，单节点时延达到us级；SPN支持超高精度时间同步技术，单节点时间同步精度达到5ns。综上，SPN可以提供高隔离性、高可靠性、超低时延、超高精度同步，同时支持差异化服务的5G传输切片。 5IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告ITU-T在2018年2月发布5G传送研究报告（GSTR-TN5G），对支持3GPP网络切片的传送网络进行了描述，定义了与网络切片相关的管控需求及管控功能。当前，SG15研究内容包括传送网络的切片方案以及面向传输网络切片的管控方案，在网络管控方面，使用虚拟网络（Virtual Network）向客户呈现传送网资源，3GPP管理系统可以将VN实例中的资源视为支持3GPP网络片实例。同时定义用于切片管控的功能组件，实现传送网切片的管理。ITU-T SG13围绕下设的IMT-2020和NET-2030两个焦点组的未来网络标准化工作展开，在未来网络中应用网络切片已经成为方案共识，主导推进了IMT-2020网络切片、网络切片管理编排等多领域标准化工作。 IETF 主导IP承载网的网络切片相关标准定义工作。IETF的网络切片相关标准主要由TEAS、SPRING、6MAN、LSR、IDR和CCAMP等工作组负责制定。其中TEAS工作组主要定义承载网切片的术语、管理与实现架构、业务管理模型，以及承载网切片与5G端到端切片的对接映射机制等。SPRING工作组主要定义基于分段路由(Segment Routing, SR)技术扩展实现承载网切片的技术方案。6MAN工作组主要定义基于IPv6协议的扩展实现承载网切片的技术方案。LSR和IDR工作组分别定义与承载网切片相关的IGP和BGP控制协议的扩展。对于L1层OTN网络的切片，主要在CCAMP工作组进行定义。目前网络切片相关定义、VPN+服务框架、网络资源属性与SID关联机制等部分标准处于工作组草案状态，其他大部分标准尚处于个人草案状态。2.1.4 GSMA标准进展针对不同业务场景，使用不同切片来提供服务。利用通用的网络切片模板，可以将不同客户的网络切片需求映射到不同的网络属性。GSMA定义了通用网络切片模板(GST)，该模板是一组属性，可以表征一种网络切片/服务类型。网络切片类型（Network Slice Type，NEST）值用于表达一组特定需求，以支持网络切片客户使用案例。网络切片客户（例如电力、互联网应用）向网络切片提供商（NSP）提供所需的使用案例要求。NSP将需求映射到GST的属性中，并使用适当的值生成NEST。2.2 国内标准进展2.2.1 概述我国5G网络已经商用，网络切片在国际标准各自为营的状态下，无法快速为千行百业提供差异化服务的能力。为此，中国通信标准化协会（CCSA）成立了“5G网络端到端切片特设项目组”，总体规划5G网络端到端切片标准体系框架，梳理现有相关标准情况，组织开展共性标准研究。5G网络切片标准体系图2所示，对于端到端互通、业务面与管理面互通的要求在特设组研究和定义，对于领域内的功 6IMT-2020(5G)推进组5G端到端网络切片发展研究报告下面具体介绍每个TC组关于网络切片的主要研究范围和进展。2.2.2 特设组为推动国内5G端到端网络切片的标准化工作，2019年12月，CCSA成立了5G网络端到端切片特设标准项目组(SP2)，明确了5G网络切片端到端总体架构、5G网络切片基本功能要求、各子域（终端/无线/承载/核心网/管理）功能要求、各子域间接口对接功能及协议要求、切片基本安全能力要求以及关键的业务流程等。同时，针对5G网络端到端切片标识进行了研究，面向公众网和行业网的丰富需求和复杂应用场景，构建了由网络标识和业务标识组成的网络切片标识体系。另外，特设组针对基于SPN的承载网切片，完成了承载网切片子网管理功能以及5G网络切片管理功能（NSMF）与基于SPN的承载管理功能间的接口要求。后续将以电力切片行业标准入手，进一步推进5G端到端网络切片在各垂直行