5G确定性承载网络SLA指标体系

目录目录 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。引言5G确定性承载SLA指标体系构建背景5G确定性承载内涵与关键特性5G确定性承载SLA指标体系及应用总结和展望主要贡献单位P1P2P3P5P37P39IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书 1IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书引言随着行业数字化转型的深入推进, 确定性连接成为移动通信网络演进的热点技术。确定性网络具备端到端特性，涉及了无线、园区、城域、骨干网中的多种技术。确定性承载网络作为端到端确定性网络的重要组成部分作用日益凸显。为此，目前业界正积极开展确定性承载关键技术、规模组网和部署能力的技术研究和标准推进工作，但现阶段仍缺少统一的SLA指标体系指导技术完善和新特性研发，也缺乏有效的评估方法支撑关键技术和应用方案的性能验证。IMT-2020(5G)推进组5G承载工作组2020年发布了《5G+垂直行业承载技术及典型应用方案研究》白皮书。本白皮书在此基础上，重点聚集5G+行业数字化转型的确定性典型应用场景、承载需求和支撑技术的指标特性，基于确定性业务指标和确定性承载技术能力提出了5G确定性承载SLA指标体系的架构、指标定义和面向场景的应用模板，为确定性承载技术发展和网络规模部署提供支撑和参考。首先，本白皮书综合分析5G+行业数字化转型的确定性典型应用场景、承载需求与性能指标。在此基础上，梳理了典型确定性承载技术图谱和技术发展路线，全面分析了基于分组融合和基于TDM两类多种典型技术的工作机制、特性指标、标准化和产业应用情况。结合5G确定性承载需求和承载技术指标特性提出了分类分级的5G确定性承载SLA指标和面向应用场景的SLA指标应用模板。最后，结合5G+智能电网和5G+智慧港口给出了场景模板的应用示例。希望本白皮书的发布能有助于推动5G确定性承载SLA指标评价体系和评测平台的构建，引导确定性承载技术和产业应用创新，支撑行业数字化转型的蓬勃发展。 IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书25G确定性承载SLA指标体系构建背景2.1 确定性成为5G承载网络的关键特性在国家政策、技术发展和行业应用的多方驱动下，确定性连接成为移动通信网络演进的热点技术。在政策方面，2021年初，工业和信息化部发布《工业互联网创新发展行动计划（2021－2023年）》，明确提出了支持深化 “5G＋工业互联网”、“探索云网融合、确定性网络等新技术部署”的发展策略。在技术方面，行业数字化转型加速ICT与OT深度融合，驱使移动通信网络向确定性网络演进。3GPP从R16开始支持端到端TSN确定性承载，R17和R18将进一步提供内生确定性连接能力，包括承载网的确定性能力。在行业应用方面，面向5G+工业互联网、5G+智能电网和5G+Cloud AR/VR等应用场景，提出了端到端确定性承载的新需求，确定性成为5G承载网络的关键特性。2.2 构建确定性承载指标体系需求迫切随着5G+行业数字化转型的不断推进，如何构建端到端5G确定性网络成为业界研究的重点，确定性承载技术也是其中重要组成部分之一。从技术发展来看，目前业界已开展了面向局域、城域和广域的多种确定性网络技术的研究，但现阶段仍缺少统一的指标体系用于支撑关键技术和应用方案的评估验证。首先，系统化的SLA指标体系可为确定性承载网的关键技术研发和应用方案落地提供有效支撑。通过制定和构建SLA指标体系，可促进确定性网络关键技术的完善，推动相关技术标准的制定、技术应用方案的成熟发展。其次，目前业界缺少5G业务端到端指标到承载网指标分解原则的相关研究。承载网性能指标与业务需求及承载技术特性密不可分，目前业界缺乏将业务需求与承载技术能力相匹配的综合性的SLA指标体系指导设备研发和性能评测。因此，构建统一的确定性承载SLA指标体系需求迫切。 3IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书5G确定性承载内涵与关键特性图1 5G确定性承载内涵和关键特性3.1 5G确定性承载内涵5G确定性承载的内涵从技术和服务2个维度出发，定义了5个内部基础能力和5个外部关键指标（见图1）。首先，5G确定性承载本质提供的是网络确定性承载服务，并通过多层技术的组合实现确定性服务质量的保障。（1）网络确定性承载服务：网络满足一种或多种业务的一项或多项确定性服务质量要求。比如承载网络满足工业远程控制确定性端到端时延的承载服务质量要求，或满足电力通信高可靠低时延的差动保护承载服务质量要求等。（2）网络确定性承载技术：网络提供满足确定性承载服务相应的承载技术，从网络分层的角度可以从L1~L3不同的网络层次提供相应的承载技术满足确定性承载服务的需求。比如L1层TDM技术，L2 IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书4层TSN技术或L3层DetNet技术等。3.2 确定性承载基础能力和关键特性基于服务和技术两个维度，确定性承载应该具备以下5个基础能力，以实现确定性网络的外在关键特性。（1）资源预留与调度能力：确定性网络的管理和控制面具备路径计算与资源预留能力，通过各类队列优化技术实现转发路径和带宽资源的确定性。（2）资源隔离能力：确定性网络具备硬隔离和软隔离能力。（3）时频同步能力：确定性网络支持基于时间和频率的精准同步，提供高精度的时间同步和定位服务支撑能力。（4）保护和恢复能力：确定性网络通过保护和恢复能力，提供高可靠的承载服务。（5）定制化能力：根据不同的应用场景不同服务质量要求，可定制化提供不同的关键特性指标服务的组合。对于某一种确定性承载服务，可以是关键特性指标一项或多项的组合。同时，确定性网络可演进支持网络可编程、人工智能、机器学习及资源对外运营服务能力。确定性网络5个内在能力最终支撑实现5个外在关键指标，包括时延确定性、带宽确定性、丢包确定性、高可靠性和时频同步精度。（1）时延确定性：确定性网络需具备确定性的时延（即时延的上界）和确定性的时延抖动（即时延的上界和下界），部分确定性业务要求低时延、低抖动特性。（2）带宽的确定性: 确定性网络在轻载和拥塞的场景下需具备可承诺的带宽特性，包括承诺保证带宽(CIR)和容许保证带宽（PIR）。（3）丢包确定性：确定性网络需具备无丢包和低丢包率。（4）高可靠性：确定性网络可具备大于99.999%高可靠率。（5）时频同步精度：确定性网络可提供微秒级高精度和百纳秒级超高精度的时频同步服务。 5IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书5G确定性承载SLA指标体系及应用4.1 SLA指标体系基本构成确定性承载SLA指标体系由确定性承载SLA指标集、确定性承载技术指标特性集和面向场景的确定性承载指标应用模板三部分构成（见图2）：图2 确定性承载SLA指标体系构成（1）确定性承载SLA指标集：从需求和技术两个维度出发，定义了2大类13个SLA指标,包括了体现业务承载需求的关键特性类指标和体现承载技术能力的核心能力类指标。其中，关键特性指标是将业务端到端指标分解为承载网SLA性能指标。业务承载需求和技术能力指标集支撑了2类指标的分级。（2）确定性承载技术指标特性集：从确定性网络技术特性、工作机制、技术发展情况等方面，定 IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书6图3 行业应用确定性需求程度和部署节奏趋势图义了多种确定性承载技术能力特性集。其中确定性技术特性能力包括网络范围、网络接口速率、带宽及隔离特性、时延/抖动特性、可靠性、同步特性和技术成熟度等。（3）面向场景的指标应用模板：基于确定性承载SLA指标集和承载技术能力集进行结合匹配形成了面向场景的SLA应用模板。目前，指标体系定义面向行业应用4类模板和面向公众业务的1类模板。在应用方面，确定性承载SLA指标集主要面向节点设备的确定性性能指标的评估，场景模板主要面向行业应用方案综合指标的评估。在5G确定性业务承载应用中，结合确定性业务指标和承载能力指标对确定性承载SLA指标集进行分类分级是自然而合理的方法；同时，结合确定性业务SLA指标的分类分级和确定性承载技术的指标特征定义典型的确定性业务指标应用模板是简化网络、促进网络新技术应用部署常用的最佳实践。因此，本白皮书依据确定性承载SLA指标体系制定了立足于承载技术特性并满足确定性业务SLA指标需求的应用模板，将对5G网络承载确定性业务起到显著的推进作用。白皮书的后续部分也将从确定性承载需求和确定性技术能力两个维度对指标体系的构建进行分析阐述。4.2 5G确定性承载需求和性能指标4.2.1 确定性承载行业应用概述根据技术和网络成熟度、应用发展情况的评估预测，5G行业应用确定性需求程度和部署节奏趋势如图3所示。 7IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书图4 5G+工业互联网行业应用场景综合分析，5G行业应用确定性需求程度较高的场景主要集中在工业互联网、智能电网和云视频类应用领域。本白皮书将聚焦这3类典型行业应用场景开展确定性承载需求分析。4.2.2 5G+工业互联网从工业互联网的角度来说，整个工业流程大体可以分为研发设计、生产制造、运维服务等环节，5G确定性网络在这些场景下都有典型的应用前景。5G与工业互联网融合应用具体可体现在八大类场景，分别为 5G+超高清视频、5G+AR、5G+VR、5G+无人机、5G+云端机器人、5G+远程控制、5G+机器视觉以及 5G+云化AGV，不同应用场景对确定性网络能力相关度存在差异。本节重点分析机器视觉、AGV智能控制、远程控制、AR辅助机械手臂控制等场景对确定性网络承载技术的需求(见图4)。从带宽、时延、抖动、可靠性、时频同步等确定性网络关键特性分析，5G+工业互联网各应用场景确定性承载需求如下表： IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书8表1 5G+工业互联网确定性承载需求注：承载时延的分解原则见表14。 9IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书4.2.3 5G+智能电网从业务需求维度分析，5G+智能电网主要涉及生产控制类业务和管理信息类业务两大类别。具体的细分业务主要包括分布式配电自动化、同步相量测量、自动化三遥与计量、智能巡检等。电网业务主要分为生产控制大区、管理信息大区两大类。5G网络承载电力生产控制大区业务时，需提供与其他业务（包括电力管理信息大区业务或运营商公网业务）端到端物理隔离的专用通道，满足物理隔离的要求（见图5）。图5 5G+智能电网的典型应用场景总体来看， 5G+智能电网业务类型复杂，承载需求综合系统，生产类业务（电力I和II区）提出了毫秒级的确定性低时延，百纳秒量级的超高精度授时和高隔离特性的要求。其对承载网的性能指标、功能等的确定性需求如下表： IMT-2020(5G)推进组5G确定性承载网络SLA指标体系白皮书104.2.4 5G+云视频(Cloud X)4.2.4.1 5G+云虚拟现实/增强现实（Cloud AR/VR）Cloud AR/VR的关键特征是内容上云、渲染上云，利用强大的云端能力，提升VR/AR用户体验和降低终端成本，VR/AR将快速步入Cloud VR/AR，以推动VR/AR业务的快速普及。Cloud AR/VR业务体现了较强的时延敏感特性（见图6），不同的体验等级提出了差异化的确定性需求，Cloud VR/AR业务渲染及流化时延分为云端处理、网络传输、终端处理三部分。Cloud VR/AR操作时延分为云渲染时延和终端二次渲染、刷新呈现过程。表2 5G+智能电网确定性承载需求表注：承载时延的分解原则见表14。