5G智能终端切片白皮书 （2020） 中国移动研究院 中国联通研究院 联合编写单位及作者 （作者按姓氏笔画排序） 中国移动研究院：丁海煜，邓伟，刘景磊，李男，宋丹，宋月，宋骁雄，张昊，张剑寅，张翀，金晨光，黄震宁，韩艾彤，魏彬 中国联通研究院：许珺，师瑜，周晶，魏进武 华为终端有限公司：于晓靓，刘彬俊，沈福生 联发科技股份有限公司(中国台湾)：古佳育，范恭达，黄芳益 高通无线半导体技术有限公司：沈雷，邱虹，南明凯，赵素丽，管伟 紫光展锐(上海)科技有限公司：付志伟，苗苗 咪咕互动娱乐有限公司：多浩学、李鹤 深圳市腾讯计算机系统有限公司：王亚晨，杨峰，陈炜 中兴通讯股份有限公司：冯凯，纪西平，屠丁元，薛子涛 三星电子中国研究院：陈勇，郭大群 阿里巴巴达摩院：石磊，张铭，杨光 版权声明 本白皮书版权属于《5G智能终端白皮书》联合编写单位，并受法律保护。任何单位和个人未经联合编写单位书面授权，不得以任何目的（包括但不限于学习、研究等非商业用途）修改、使用、复制、截取、编纂、上传、下载等方式转载和传播本书中的任何部分，授权后转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明“来源：《5G智能终端白皮书》联合编写单位”。违反上述声明者，将被追究其相关法律责任。 5G智能终端切片白皮书（2020） 目 录 目录 1. 引言 1 2. 5G终端切片需求分析 2 2.1 5G终端典型业务场景 2 2.2 QoS服务的局限性 5 2.3 切片服务的优势 5 3. 5G终端切片关键技术及端到端流程 8 3.1 终端切片参数 8 3.2 终端切片基本功能 12 3.3 关键信令流程 14 4. 5G终端切片实现面临的困难与挑战 18 4.1 原生操作系统尚未支持URSP功能 18 4.2 对应用程序的潜在影响 19 4.3 Traffic Descriptor获取与使用 20 5. 5G终端切片参考设计解决方案 22 5.1 基于APP ID进行切片关联 25 5.2 基于FQDN进行切片关联 26 5.3 基于IP 3 Tuple进行切片关联 27 5.4 基于DNN进行切片关联 27 6. 总结与展望 31 6.1 5G终端切片方案总结 31 6.2 终端切片发展展望 32 6.3 结语 33 缩略语列表 35 5G智能终端切片白皮书（2020） 参考文献 36 附录A 37 附录A.1 DNN间接传递方案参考代码 37 附录A.2 DNN直接传递方案参考代码 42 附录A.3 面对应用程序开放的接口 44 5G智能终端切片白皮书（2020） 1 1. 引言 作为通信技术发展的一个里程碑，5G网络预计将实现重大的数字化转型，成为一系列新兴互联网应用的商用基础，为个人、企业提供强大的信息服务能力。目前，业界普遍认为5G不仅应具有先进的无线接入技术，还应具有灵活、开放和可定制的网络服务能力，以便运营商能够根据服务需求，为个人用户或者行业用户提供大带宽、低延迟、高可靠性、海量连接等差异化的网络服务。 5G时代，是无物不联的时代，将有大量的设备接入网络，这些设备可分属不同的工业领域，其对于网络的移动性、安全性、时延、可靠性，甚至是计费方式的需求都是千差万别的。若遵循传统网络的建设思路，仅通过一张大网来满足差异巨大的业务需求，那么对于运营商来说，将是一笔成本巨大且效率低下的投资；对于用户来说，也不能得到满足特定需求的优质化服务。对此，5G网络切片技术以其可以满足不同业务需求的网络特点，被认为是满足5G多样化业务需求的关键。 随着网络切片技术的引入，运营商将能够提供不同功能特点的网络能力，为不同业务需求的用户提供“专属”的网络，保障优质化的服务水平，满足差异化的业务需求；而用户也能够使用更加炫酷的应用产品，进一步激发新的行业应用蓝海大发展。最终实现提升网络资源使用效率、优化运营商网络建设投资、构建灵活敏捷的5G网络的目标。 终端作为切片服务的入口和起点，切片特性的引入对终端自身的业务应用、操作系统、通信芯片等方面也带来广泛而显著的影响。但目前业界对终端如何实现切片还处于初期的研究探索阶段，尚未形成明确统一的理解和共识。 本白皮书主要针对网络切片在5G智能终端中的应用，深入分析了切片服务所具有的独特技术能力与服务优势。通过对切片的关键参数和信令消息进行研究分析，并结合当前终端系统在实际设计上的能力现状，阐述了切片特性在终端系统设计与技术实现方面所面临的挑战。介绍了多种终端切片参考架构与技术设计方案，并提出5G终端应支持“终端切片目标方案”及“调制解调器中心化方案”，为5G终端支持切片能力提供了产业指引。 5G智能终端切片白皮书（2020） 2 2. 5G终端切片需求分析 2.1 5G终端典型业务场景 在5G时代，移动网络需要服务有着各种类型和需求的设备，这些需求在移动性、计费、安全、策略控制、延时、可靠性等方面有着各不相同的要求。比较典型的5G终端业务场景有云游戏、视频直播、高清低时延视频等业务。 2.1.1 云游戏 2.1.1.1 云游戏业务特性 云游戏基于实时音视频流技术，由服务端向客户端发送实时的音视频流，客户端向服务端发送控制指令流，并由服务端将接收到的控制指令应用到游戏中。整个回路涉及到：服务端游戏渲染、音视频编码、网络传输、客户端音视频解码和渲染等过程。这些过程都有一定程度的耗时，其中网络传输是对用户体验影响最大的因素。 云游戏特殊的业务场景，对网络提出了更高的要求：低延迟、高带宽、无（小）抖动。 2.1.1.2 云游戏切片需求 云游戏业务低延迟需求。若使用目前已有的4G网络和Wi-Fi，在网络正常的情况下，云游戏的响应延迟大约在50ms ~ 140ms范围内波动。对于一些对操作响应延迟要求较高的游戏（例如：动作类、格斗类、MOBA类、第一人称射击类、赛车类等），仍和本地游戏在体验上有较为明显的差距，需要进一步降低操作响应延迟。VR设备由于其头显的特殊性，延迟较大时会使人产生晕动症（motion sickness），需要把延迟控制在20ms以内才能有效控制排斥反应。 云游戏业务高带宽需求。目前的高清云游戏（1080P 30fps）在H264编码的 5G智能终端切片白皮书（2020） 3 情况下，码率大概在8000Kbps左右，网络带宽要求至少10Mbps才能稳定流畅运行。随着应用终端扩展到大屏电视、VR设备等，需要提供更高的分辨率（4K甚至8K）、帧率（60fps甚至120fps），码率也随之提高。初步估算，4K 60fps的超高清云游戏码率（H264编码）大概在60Mbps到70Mbps，至少需要80Mbps的网络带宽才能稳定流畅运行。 云游戏业务低抖动需求。云游戏和其他音视频流媒体最大的区别，是对操作响应延迟要求非常高（毫秒级），必须没有或尽可能减少的缓存流媒体帧数据。由于没有缓存帧，每一次网络抖动都会造成游戏卡顿，对网络的稳定性提出了更高的要求。 只有满足这些网络条件，云游戏才能给用户带来媲美本地游戏的体验。5G边缘计算和网络切片，正是解决这些问题的最优方案。边缘计算在物理空间上拉进了终端用户和服务器之间的距离，创造了低延迟的基础条件。网络切片则在功能上进一步细化，根据云游戏场景的网络需求，实现定制化的网络环境，从而满足低延迟、高带宽、无抖动的网络需求。 2.1.2 视频直播 2.1.2.1 视频直播业务特性 媒体采编影像实时回传对网络上行带宽的要求非常高。借助5G切片业务，可以按终端接入专有切片保障和隔离，提供端到端专线、专网，满足媒体直播场景的上行大带宽要求，提供高可靠低时延的服务，基于切片间的隔离，保障数据的安全。可以解决目前重要新闻事件或赛事只能通过卫星或光纤回传，导致的成本高昂、灵活性不足等回传瓶颈问题。对于此类业务，客户的差异化需求主要为上行带宽和时延需求。 2.1.2.2 视频直播切片需求 随着互联网直播业务的高速发展，越来越多的用户进行直播业务，对网络上 5G智能终端切片白皮书（2020） 4 行带宽的需求也相应提高。尤其针对VR直播等新技术，加强了直播的互动和让观众有更强的代入感以及沉浸式的体验，观众可以突破以往平面直播的局限性，根据喜好选择观看视角，实现沉浸式、高清晰的虚拟体验。这些新技术增加了对网络上下行带宽以及网络时延的要求。5G的eMBB切片将会保障这些新业务实现新的科技元素和身临其境的用户体验。 表2-1 视频直播场景切片SLA需求 场景 上行保障速率 （Mbps） 下行保障速率 （Mbps） 网络时延 （ms） 可靠性 移动性 视频直播 100 50 100 99.5% 低速 2.1.3 高清视频播放 2.1.3.1 高清视频播放业务特性 随着视频技术的发展和国家技术路线的规划，行业视频应用出现爆发式增长，高清视频与行业场景融合，服务于各行各业。5G结合视频技术，不仅使视频业务成为运营商的基础业务，还进一步推动视频与行业场景的深度融合，呈现高清化、移动化、智能化、行业化的发展趋势。 5G网络使得超高清视频终端可以打破空间、时间、地域的限制，不仅可以使用户能随时随地享受超高清视频服务，还能为用户随时随地提供个人视频直播服务。借助5G切片业务，可以按终端接入专有切片保障和隔离，提供端到端专线、专网，满足媒体直播场景的下行大带宽要求，提供高可靠低时延的服务，并且基于切片间的隔离，保障数据的安全，满足高清视频播放业务的发展。 2.1.3.2 高清视频播放切片需求 超高清视频播放，例如4K/8K视频及超高清VR/AR等，要求的实时传输带宽超过100Mbps，4G网络已无法满足其需求。超高清视频4K的像素比2K提升4倍，8K比4K又提升4倍。5G技术能有效的解决超高清视频因网络原因引发的视频卡顿、画面不清晰，可以保证视频、语音会议的图像和声音传输质量。通常 5G智能终端切片白皮书（2020） 5 来说，VR、AR技术会对应两种不同的设备，其中VR设备对时延要求比较高，但对带宽也有一定的需求；AR设备对带宽需求比较大，但也需要保障一定的时延。综合VR和AR设备需求来看，超高清VR/AR不仅对下行带宽有较高要求，为了防止用户面临由于网络时延带来的眩晕感，在保障数据传输的同时，网络时延需要在10ms-20ms之间。通过5G网络切片技术保障传输，完全可以满足VR/AR应用中的用户体验，为用户带来随时随地的无线沉浸式娱乐服务。 表 2-2 高清视频播放业务（结合互动）SLA需求 2.2 QoS服务的局限性 在4G中，通常使用网络服务质量(QoS)来进行对不同类型流量的区分。针对不同用户或者不同数据流采用不同的优先级，保证数据流的性能达到一定的水准。4G中的QoS着重于服务质量，这种服务质量以优先级、数据包的延时、数据包的误包率，缺省最大数据突发流量，缺省平滑窗口为衡量指标，请参见3GPP TS23.501 表5.7.4-1。3GPP规范给出了每种5QI可用于的服务示例，但是规范并没有进一步明确定义具体服务是什么。 传统的QoS仅能够区分不同类型的流量，但对于相同类型的流量无法具体区分不同用户，也因此不能进行相同类型流量的有效隔离。例如，来自健康监控网络（例如，连接医院和门诊病人）的物联网流量通常具有严格的隐私和安全要求，不同数据的存储位置以及不同类型的访问者之间，都需要进行严格的隔离。而QoS无法实现此目的。 2.3 切片服务的优势 网络切片作为提供网络服务的一种手段，常常与传统的QoS进行比较。 与QoS相比，网络切片的主要区别在于：网络切片不仅能够提供基于不同场景 上行保障速率 （Mbps） 下行保障速率 （Mbps） 网络时延 （ms） 可靠性 移动性 VR/AR 50 150 20 99.5% 低移动性 5G智能终端切片白皮书（2020） 6 业务的差异化的服务质量，还能够针对同一业务为不同用户提供差异化的综合用户体验；更进一步地，网络切片还能够为同一业务