按需軟定義的面向多業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)切片

徐岱 中興通訊5G產(chǎn)品團(tuán)隊資深系統(tǒng)架構(gòu)師

鄭芳庭 中興通訊核心網(wǎng)產(chǎn)品團(tuán)隊資深研發(fā)經(jīng)理

方亞東 中興通訊網(wǎng)管系統(tǒng)部資深研發(fā)經(jīng)理

程賓 中興通訊5G產(chǎn)品團(tuán)隊5G產(chǎn)品經(jīng)理

姚強 中興通訊5G產(chǎn)品團(tuán)隊5G規(guī)劃總工程師

按需軟定義的面向多業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)切片

徐岱 中興通訊5G產(chǎn)品團(tuán)隊資深系統(tǒng)架構(gòu)師

鄭芳庭 中興通訊核心網(wǎng)產(chǎn)品團(tuán)隊資深研發(fā)經(jīng)理

方亞東 中興通訊網(wǎng)管系統(tǒng)部資深研發(fā)經(jīng)理

程賓 中興通訊5G產(chǎn)品團(tuán)隊5G產(chǎn)品經(jīng)理

姚強 中興通訊5G產(chǎn)品團(tuán)隊5G規(guī)劃總工程師

提出了按需的、軟定義的面向多業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)切片?？梢杂行еС置嫦蚨鄻I(yè)務(wù)的軟件定義基礎(chǔ)設(shè)施，幫助移動運營商在競爭激烈的基于服務(wù)的市場上，通過利用網(wǎng)絡(luò)切片來提升自身利潤率，并可開放給第三方應(yīng)用及服務(wù)的商業(yè)伙伴。

網(wǎng)絡(luò)切片；NFV；SDN；按需編排

1 引言

繼空口關(guān)鍵技術(shù)以優(yōu)異的性能表現(xiàn)通過驗證后，中興通訊5G網(wǎng)絡(luò)側(cè)關(guān)鍵技術(shù)再次率先完成5G國家試驗一階段測試。由工信部主導(dǎo)的本次測試共包含4部分內(nèi)容：控制與承載分離、網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)、端到端網(wǎng)絡(luò)切片和移動邊緣計算技術(shù)（MEC）。

5G的高速率、低時延、大連接、頻譜效率提升等諸多業(yè)務(wù)模式，對既有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)元形態(tài)提出了全新挑戰(zhàn)。中興通訊所構(gòu)建的5G網(wǎng)絡(luò)具備通用化、虛擬化等特征，以用戶為中心、以業(yè)務(wù)為出發(fā)點，支持靈活定制、動態(tài)部署、自適應(yīng)伸縮。自研通用處理硬件，以數(shù)據(jù)中心技術(shù)為依托，構(gòu)建虛化的通用資源池；并在公司統(tǒng)一的ICT融合PaaS平臺基礎(chǔ)上，將網(wǎng)絡(luò)功能從網(wǎng)元設(shè)備中解耦，針對不同用戶的業(yè)務(wù)需求，將虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能靈活部署在網(wǎng)絡(luò)的不同位置。

中興通訊構(gòu)建的這套5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)原型系統(tǒng)具備以下特點：是一個完全基于虛擬化容器技術(shù)的5G網(wǎng)絡(luò)，是一個支持多數(shù)據(jù)中心分布式部署的5G網(wǎng)絡(luò)，同時也是一個核心網(wǎng)和接入網(wǎng)同時虛擬化共部署的5G網(wǎng)絡(luò)。

在網(wǎng)絡(luò)切片關(guān)鍵技術(shù)的測試中，通過這套系統(tǒng)中興通訊完整地展示了支持構(gòu)建多種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)切片：高速率大吞吐率、低時延高可靠、大連接等，以及對于網(wǎng)絡(luò)切片的靈活、便捷的生命周期管理全過程，包括實例化、更新、遷移、共享、自適應(yīng)的彈性伸縮，以及刪除切片、智能運維監(jiān)控等。在不同場景下對多種業(yè)務(wù)特性均能構(gòu)成有力支撐，為未來通信商用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)打下了堅實的基礎(chǔ)。

2 網(wǎng)絡(luò)切片的概念

2.1 為什么引入網(wǎng)絡(luò)切片

5G需求和場景多樣，不同的場景對網(wǎng)絡(luò)的功能、性能有不同的需求。在傳統(tǒng)的以人為中心的單一的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)行融合和優(yōu)化已經(jīng)不能滿足千差萬別的5G需求了，并且有些優(yōu)化和需求在不同的場景之間可能還相互矛盾。比如，URLLC需要提供超實時高可靠服務(wù)，mMTC則要求海量的連接數(shù)，但是數(shù)據(jù)量比較小，xMBB則要求高帶寬、大數(shù)據(jù)量的服務(wù)。而如果每一種場景都建設(shè)專網(wǎng)，又會增加建網(wǎng)和運營成本，造成大量的資源浪費。所以，5G引入網(wǎng)絡(luò)切片，不同的切片既能針對不同的需求場景進(jìn)行定義，又能共享相同的基礎(chǔ)設(shè)施，達(dá)到既充分利用資源又滿足不同的需求。

2.2 什么是網(wǎng)絡(luò)切片

隨著NFV、SDN、SON的技術(shù)發(fā)展，使得為不同的業(yè)務(wù)需求構(gòu)建不同的虛機網(wǎng)絡(luò)成為可能。而網(wǎng)絡(luò)切片以NFV、SDN、SON技術(shù)為基礎(chǔ)，是實現(xiàn)按需組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，也是5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)切片是在公共物理基礎(chǔ)設(shè)施上，針對特定的商業(yè)模式，運行的多個端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)。邏輯網(wǎng)絡(luò)之間是隔離的、安全

的，可以根據(jù)業(yè)務(wù)的特性進(jìn)行功能的定制化和裁剪，靈活可擴展性好。

運用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，可以對運營商以及第三方的業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行智能映射，通過智能知識庫系統(tǒng)，完成網(wǎng)絡(luò)運行狀況、SLA、業(yè)務(wù)需求的動態(tài)轉(zhuǎn)換。同時，可以對網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行動態(tài)的編排和部署，實現(xiàn)即插即用。比如：不需要移動性場景的mMTC，可以裁剪掉移動性功能和用戶面功能；URLLC為了保證低時延高可靠則需要對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能進(jìn)行特別的優(yōu)化，保證可靠連接，同時可以部署在近端。

網(wǎng)絡(luò)切片是一組網(wǎng)絡(luò)功能以及帶有特定無線配置和傳輸配置的集合，可以為運營商在同一套物理設(shè)備上提供多個端到端的虛擬網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)功能可以靈活部署在網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點（例如接入節(jié)點、邊緣節(jié)點、或者核心節(jié)點），以便適配運營商期望的任何商業(yè)模式。

3 網(wǎng)絡(luò)切片的解決方案

本文所提出的這種分層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由以下部分組成：軟件定義基礎(chǔ)設(shè)施（Software Defined Infrastructure，SDI）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)功能（Software Defined Network Function，SDNF）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)切片（Software Defined Infrastructure，SDNS）、軟件定義服務(wù)接口（Software Defined Service Interface，SDSI）。圖1呈現(xiàn)了這個架構(gòu)的全貌。

3.1 軟定義的基礎(chǔ)設(shè)施

軟定義的基礎(chǔ)設(shè)置層包含2個域：物理資源域和虛擬資源域。網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化在SDI層中實現(xiàn)。SDI與ETIS提出的NFVI（NFV Infrastructure）功能相同，并且與虛擬機（VirtualMachine，VM）技術(shù)中的用來交互連接各種虛擬功能（VirtualFunctions，VF）云數(shù)據(jù)中心（CloudDataCenter）類似。這些虛擬功能與虛擬化的通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相對應(yīng)，而這些節(jié)點可以是邊緣節(jié)點、接入節(jié)點、核心節(jié)點，或者是虛擬化組網(wǎng)節(jié)點（如交換機、路由器等）、虛擬化計算節(jié)點、虛擬化存儲節(jié)點等。這些節(jié)點形成了虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施資源。

這些虛擬化資源依據(jù)資源類型形成不同的資源池。這些資源池將被重新組合形成包含不同虛擬資源的復(fù)合資源池，用以特定的應(yīng)用和服務(wù)。

虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理層（Virtual Infrastructure Managers，VIMs）通過開放的API接口與NFVO進(jìn)行協(xié)同，來控制和管理虛擬基礎(chǔ)設(shè)施資源（物理資源或者邏輯資源），分配資源（共享的或者專用的），搜集和發(fā)布性能測量和事件。所有這些可以增值功能的形式商用，以“基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)”（Infrastructure as a Service，IaaS）的方式通過SDSI向第三方業(yè)務(wù)合作方提

供。圖2和3呈現(xiàn)了SDI的概貌和其所包含的主要技術(shù)功能。

圖1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

圖2 SDI功能架構(gòu)概覽

圖3 SDI關(guān)鍵技術(shù)

3.2 軟定義的網(wǎng)絡(luò)功能

軟定義的網(wǎng)絡(luò)功能在業(yè)務(wù)使能層，這一層提供兩個層次的功能。首先提供一個電信云執(zhí)行環(huán)境，有一些共享的服務(wù)，比如通信，數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控等，我們預(yù)制了這些服務(wù)在這個執(zhí)行環(huán)境里。在這之上，提供一個模塊化網(wǎng)絡(luò)功能的倉庫，在這里，網(wǎng)絡(luò)功能都是以模板的方式存儲。當(dāng)上層應(yīng)用需要提供網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)的時候，可以調(diào)用這些預(yù)制的服務(wù)，以及編排網(wǎng)絡(luò)功能形成新的服務(wù)，再通過SDI和VIM部署網(wǎng)絡(luò)功能到相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施上（如無線接入節(jié)點，業(yè)務(wù)邊緣節(jié)點或者核心節(jié)點）。圖4呈現(xiàn)了支持“電信平臺即服務(wù)”（Telecom Platform as a Service，PaaS）的SDNF架構(gòu)。

3.3 軟定義的服務(wù)接口

為了成功地將網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)商用化，對開放API的支持至關(guān)重要。SDSI是一種軟件定義的API，能在三方業(yè)務(wù)合作伙伴和移動運營商間進(jìn)行安全、靈活的通信。該軟件定義的API允許第三方業(yè)務(wù)合作伙伴對API進(jìn)行定制化來滿足自身的應(yīng)用和服務(wù)于需求。通過SDSI，移動運營商能支持IaaS、PaaS、NaaS等由SDI、SDNF和SDNS提供的功能。

3.4 軟定義的網(wǎng)絡(luò)切片

軟定義的網(wǎng)絡(luò)切片在業(yè)務(wù)應(yīng)用層，這一層可以幫助運營商或者第三方業(yè)務(wù)合作伙伴來設(shè)計編排以及部署所需要的網(wǎng)絡(luò)切片。如支持高吞吐量、大速率的eMBB切片。網(wǎng)絡(luò)切片藍(lán)圖給出了網(wǎng)絡(luò)功能的組合、業(yè)務(wù)流、資源、運營商策略和網(wǎng)絡(luò)切片配置的清單，以及如何實例化，以及根據(jù)移動運營商的業(yè)務(wù)模型和策略（如SLA）來修改網(wǎng)絡(luò)切片的流程。網(wǎng)絡(luò)切片模板如圖5所示。

SDNS負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)切片藍(lán)圖的知識庫，并通過

SDSI與第三方業(yè)務(wù)伙伴溝通。根據(jù)第三方業(yè)務(wù)伙伴與移動運營商之間達(dá)成的優(yōu)先服務(wù)協(xié)定與策略，當(dāng)有一個新的應(yīng)用需求的時候，并不一定需要重新生成一個網(wǎng)絡(luò)切片藍(lán)圖，這個需求可能會通過修改調(diào)整一個已存在的網(wǎng)絡(luò)切片來滿足。另一方面，第三方業(yè)務(wù)伙伴也可定制化網(wǎng)絡(luò)切片藍(lán)圖來滿足自身應(yīng)用/服務(wù)的特定需求。

圖4 SDNF功能架構(gòu)概覽

圖5 網(wǎng)絡(luò)切片模板

還有一種可能性，第三方業(yè)務(wù)伙伴可能會要求一個不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，從而要求一個不同的網(wǎng)絡(luò)切片實例，但新的網(wǎng)絡(luò)切片實例可能被允許共享某些網(wǎng)絡(luò)功能或資源給其他網(wǎng)絡(luò)切片。無論如何，共享或者專用的網(wǎng)絡(luò)功能取決于移動運營商與業(yè)務(wù)伙伴之間的業(yè)務(wù)協(xié)定（如SLA）。

軟定義網(wǎng)絡(luò)切片的編排是指按照業(yè)務(wù)伙伴的服務(wù)需求，軟定義網(wǎng)絡(luò)切片的編排模塊進(jìn)行SLA的映射，并根據(jù)已有網(wǎng)絡(luò)切片的實際情況，智能地將服務(wù)需求映射到已有切片或者新的切片。網(wǎng)絡(luò)切片的編排對于資源進(jìn)行全局的管理和使用，將網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行自動化的部署。

網(wǎng)絡(luò)切片的管理是指網(wǎng)絡(luò)切片的管理模塊對于網(wǎng)絡(luò)切片的部署和運行過程進(jìn)行全方位的監(jiān)控，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)切片的資源占用情況、運行KPI等，并能夠根據(jù)資源占用情況和運行KPI等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片的彈性處理以及進(jìn)行服務(wù)到切片的重新映射、關(guān)鍵指標(biāo)的監(jiān)控以及由其觸發(fā)的管理動作形成閉環(huán)，對切片的正常運行和SLA指標(biāo)形成保障。

4 結(jié)束語

本文描述了網(wǎng)絡(luò)切片作為一項重要的使能技術(shù)如何幫助移動運營商從如今的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)改變?yōu)殪`活的，以NFV為基礎(chǔ)的切片網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這個轉(zhuǎn)換減少了網(wǎng)絡(luò)在支持多樣功能（例如機器到機器、人和人、增強型的移動寬帶流量）時需要的CAPEX和OPEX，同樣把利潤點開放給可以提供網(wǎng)絡(luò)功能的第三方應(yīng)用及服務(wù)的商業(yè)伙伴。

[1]A Deliverable by the NGMN Alliance.NGMN 5G White Paper.https://www.ngmn.org/uploads/media NGMN5G_ White_Paper_V1_0.pdf.

[2]Published ETSI NFV White Paper.https://portal.etsi.org/ NFV/NFV_White_Paper.pdf;https://portal.etsi.org/NFV/ NFV_White_Paper2.pdf;https://portal.etsi.org/NFV/ NFV_White_Paper3.pdf.

[3]Network Store:Exploring Slicing in Future 5G Networks. https://www.eurecom.fr/en/publication/4641/download/cm-publi-4641.pdf.

[4]The 5G Infrastructure Public Private Partnership(5G PPP). http://superfluidity.eu/wp-content/uploads/5GPPP-brochuredraft02.pdf.

[5]3GPP TS 23.401.General Packet Radio Service(GPRS) Enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)access.

[6]3GPP TR 23.799.Study on Architecture for Next Generation System.

An on demand,software defined and services oriented network slice architecture

XU Dai,ZHENG Fangting,FANG Yadong,CHENG Bin,YAO Qiang

An on demand,software defined and services oriented network slice architecture was introduced in this paper. It completely supports versatile services based on software defined infrastructure,helps mobile operators improve their own profit margins in the competitive services oriented market,and also could expose the whole network to third party applications and business partners.

network slice;netwrok function virtualization;software defined network;orchestration on demand

2016-10-25）