分析5G承载网络切片的管控关键技术

分析5G承载网络切片的管控关键技术

1引言

5G新应用场景带来了业务切片隔离需求及大流量、低时延、高可靠等承载性能要求，为此引入了新的承载网络技术，这些新的承载网络技术对网络管控提出新的需求，包括和上层管控系统实现端到端的协同，支持网络资源的切片管控，并提供网络资源、切片及业务的智能运维。

2承载网络协同管控需求

通过上面的分析可以看出，管控系统要具备差异化的网络保障机制及业务隔离管控机制，能够提供时延等网络参数的控制，并具备网络故障分段定位能力，能够最大程度地保障垂直行业业务质量，满足不同网络用户的业务需求。为此，承载网络管控系统应支持的承载网络切片管控需求如下。

（1）面向不同业务场景，实现切片网络资源的灵活配置。网络能力的按需组合，虚拟组成具备多个网络能力的逻辑子网，跨层管控系统间交互拓扑和网络资源抽象信息以及切片能力和策略信息。

（2）通过端到端的编排及开放的接口，实现核心网、无线网、传输网的子切片协同，承载网管控系统可以基于上层管控系统的需求，完成切片资源的创建、删除、调整等操作。

（3）为保障传送网络切片资源间的隔离，管控系统应能够网络切片进行标识，并且保障网络切片标识的唯一性，目前的网络切片标识可以是端口、VLAN ID等。

（4）支持对切片网络的运维监控，通过对切片网络中的告警、流量、时延等性能参数的监测，保障切片客户的SLA。管控系统可以基于网络监控结果，对切片网络的资源及其承载业务进行调整、恢复等维护操作，完成从设计到部署、监控、安全隔离的全周期管控。

3承载网络切片管控关键技术

3.1承载网络切片协同管控架构

传送网切片管控架构、模型及切片管控策略成为当前标准化研究的热点。3GPP规范TS 28. 530给出了3GPP管控系统和非3GPP管控系统之间进行协同的架构，同时定义了3GPP管控系统和数据中心网络系统、承载网管控系统互通过程中需要交互的内容，包括获取这些非3GPP系统的能力信息、向非3GPP系统提供切片需求以及资源需求、和非3GPP系统之间进行数据交互。3GPP管理系统可将客户需求进行分解，向RAN、无线核心网（CN）和传送网（TN）的管理系统发送客户需求。ITU-T GSTR-TN5G报告也对支持3GPP网络切片的传送网络功能及相关管控技术进行了描述。ITU-T SG15 Q12/Q14工作组主要研究SDN架构内部功能实现方案，在现有的软件定义网络（SDN）组件功能基础上，引入新的元件实现虚拟网络（VN）管控功能，分析新元件和原有SDN控制器组件之间的关系，同时研究不同管控系统之间VN资源的映射关系和抽象策略。

承载网络端到端协同管控架构如图1所示。5G承载网络管控系统可提供标准的北向接口（NBI），为上层管控系统使用。5G承载管控系统本身分为多域和单域进行多层混合部署，整个管控架构具备可扩展性，并实现多厂商、多区域之间的业务编排和切片编排，同时引入人工智能，提升承载网络切片、业务发放和多层网络运维的效能。

3.2承载网络切片全生命周期管理

3GPP规定了网络切片的管控流程，包括准备阶段、调试阶段、操作阶段、退役阶段4个不同的阶段。参照3GPP的切片管控流程，5G承载网络管控系统的网络切片全生命周期管理流程如图2所示。

（1）资源信息交互：在网络切片之前，承载网络管控系统将其资源和网络切片能力信息进行抽象，和上层的管控系统进行交互，同时也可以和上层管控系统交互策略信息。

（2）切片操作：承载网络管控系统接收到上层管控系统的子网络切片请求后，自动地发起切片网络的创建，包括切片资源的规划、切片资源的标记、切片资源的分配等。切片生命周期结束后，删除切片网络承载的业务，释放切片网络占用的资源。

（3）切片维护：承载网络管控系统对切片网络进行监测，包括告警、流量、时延等性能信息。承载网络管控系统可以基于网络监测结果，对分配给切片的资源进行优化和调整，保障切片网络的SLA资源。

在切片编排管理过程中，通过如表2所示的业务编排映射模板，将上层网络的切片需求与承载网络资源进行映射，将切片的需求指标映射到具体的网络切片创建策略及资源分配策略上，完成从用户需求到具体的切片创建、管理、监控、优化、操作的映射，满足切片网络业务的多样化服务质量（QoS）保障需求。

3.3协同管控北向接口

承载网管控系统需要面向多种业务场景，实现承载网络切片的规划、部署、开通和运维。为实现这一目标，承载网管控系统需通过北向接口，接收上层管控系统发送的承载网络的子切片请求，实现自动化的网络切片。

参考IETF、ONF的VN管控模型，在北向接口模型建模过程中，可采用类似图3的建模方案，该模型采用统一的VN网络管控模型，定义了VN资源、VN操作接口，实现了网络切片的拓扑生成，并通过VN特性条件约束包描述网络隔离、SLA属性等特性信息，同时还支持网络切片的创建、删除、调整等操作。该方案中的网络切片能力信息通过层协议扩展来实现。

3.4引入人工智能优化管控性能

4结束语

本文分析了承载网络切片管控现状，给出了面向5G承载业务需求的协同管控架构及管控层的功能结构，同时分析了承载网络全生命周期管理流程、VN部署方案、协同管控北向接口及面向AI的智能网络切片运维。

5G承载网络管控系统通过北向接口，配合上层端到端协同编排管控系统完成端到端的网络切片和业务编排，在5G承载网管控系统内部，采用层次化的功能架构，解决承载网络内部多厂商跨域协同的问题。在网络切片管控方面，切片管控流程基本明确，但是支持网络切片的北向接口标准化仍需要进一步完善，由于北向接口面向上层网络应用，可以采用统一的管控模型，屏蔽底层网络技术的实现细节，在国内各个运营商之间形成统一的标准。