面向5G承載的Flex-Slicing靈活切片

1 需求概述

5G業(yè)務(wù)將呈現(xiàn)出多場(chǎng)景、差異化的特點(diǎn)，如移動(dòng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)聚焦帶寬，自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)需要低延時(shí)和高可靠性保障，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)要支持巨大的連接數(shù)量。對(duì)此，5G的無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)都進(jìn)行了功能重構(gòu)，根據(jù)業(yè)務(wù)類型改變?cè)O(shè)備處理單元的物理部署位置，并通過切片在同一張物理網(wǎng)絡(luò)上對(duì)不同類型業(yè)務(wù)構(gòu)建獨(dú)立的端到端邏輯網(wǎng)絡(luò)。

同時(shí)5G是一個(gè)開放網(wǎng)絡(luò)，可以提供面向垂直行業(yè)和租賃業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求，5G承載網(wǎng)是5G端到端業(yè)務(wù)路徑的一部分，因而要求承載網(wǎng)絡(luò)支持5G切片的業(yè)務(wù)隔離和獨(dú)立運(yùn)維需求，為不同類型的業(yè)務(wù)分配不同的承載網(wǎng)切片。

2 Flex-Slicing靈活切片

中興通訊在業(yè)界首個(gè)向ITU-T提出了承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片的創(chuàng)新提案，全面地闡述了承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片的分層架構(gòu)模型與控制面架構(gòu)。

2.1 基于SDN的網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)

承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片是通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)滟Y源（如鏈路、節(jié)點(diǎn)、端口等）進(jìn)行虛擬化，按需組織形成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)vNet（即切片網(wǎng)絡(luò)）。從整體架構(gòu)上分為業(yè)務(wù)層、切片網(wǎng)絡(luò)層、物理網(wǎng)絡(luò)層，如圖1所示。虛擬網(wǎng)絡(luò)vNet具有類似物理網(wǎng)絡(luò)的特征，包括獨(dú)立的管理面、控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面，各虛擬網(wǎng)絡(luò)之上可以獨(dú)立支持各種業(yè)務(wù)，如 L2VPN、L3VPN等。

圖1 基于SDN的承載網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)

SDN實(shí)現(xiàn)了控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面的解耦，使得物理網(wǎng)絡(luò)具有了開放、可編程特征，支持未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)的創(chuàng)新。借助SDN，控制面可將物理轉(zhuǎn)發(fā)資源抽象成虛擬的設(shè)備節(jié)點(diǎn)、邏輯連接，并根據(jù)策略將這些虛擬資源進(jìn)行分組管理，形成獨(dú)立的邏輯切片vNet。

圖1中的切片控制器vNet Hypervisor，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的一種特殊的SDN Controller，負(fù)責(zé)vNet虛擬資源到物理資源的映射、vNet創(chuàng)建管理。業(yè)務(wù)層的控制器vNet Controller是vNet資源的使用者，只能看到分配給自己的vNet資源，可以在自己的vNet上創(chuàng)建各種業(yè)務(wù)（如L2VPN、L3VPN），并負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)生命周期控制。每個(gè)vNet對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的vNet Controller，支持vNet間控制面和管理面的隔離。Common Control Function是通用SDN控制器的主要組件，當(dāng)不需要網(wǎng)絡(luò)虛擬化時(shí)，此組件可直接控制物理網(wǎng)絡(luò)。而SDNO負(fù)責(zé) vNet Hypervisor上的切片編排策略、vNet的生命周期控制。

2.2 設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)面切片技術(shù)

轉(zhuǎn)發(fā)面可根據(jù)業(yè)務(wù)需求確定切片方式，可以采用軟切片方案，如基于MPLS、SR、VxLAN的隧道技術(shù)，基于VPN、VLAN等的虛擬化技術(shù)；也可以采用硬切片方案，如FlexE、OTN、WDM技術(shù)等；也可以混合采用硬切片、軟切片的方案，硬切片方式保證業(yè)務(wù)的隔離安全、低時(shí)延等需求，軟切片方式支持業(yè)務(wù)的帶寬復(fù)用。

除了轉(zhuǎn)發(fā)面，同時(shí)對(duì)網(wǎng)元內(nèi)部的計(jì)算、存儲(chǔ)等資源進(jìn)行切片，就形成了虛擬網(wǎng)元，我們稱之為設(shè)備切片。虛擬網(wǎng)元具有類似物理網(wǎng)元的特征，包括獨(dú)立的轉(zhuǎn)發(fā)面、控制面、管理面。虛擬網(wǎng)元間支持獨(dú)立的拓樸連接，支持CPU和內(nèi)存資源的隔離、控制和配置通道的隔離，支持切片的獨(dú)立部署和升級(jí)。

2.3 基于FlexE的硬切片技術(shù)

Flexible Ethernet （靈活以太網(wǎng)）可以實(shí)現(xiàn)基于PHY層的切片轉(zhuǎn)發(fā)，提供剛性管道隔離，實(shí)現(xiàn)帶寬靈活分配。而基于FlexE Cross-connection的FlexE Channel則將業(yè)務(wù)隔離從端口級(jí)擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)級(jí)，可對(duì)不同業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)端到端子信道隔離，為5G承載網(wǎng)絡(luò)切片提供最佳轉(zhuǎn)發(fā)面支撐。同時(shí)，基于FlexE Channel技術(shù)的保護(hù)倒換能做到1ms以內(nèi)，把電信級(jí)保護(hù)提升到了工業(yè)控制級(jí)。針對(duì)uRLLC業(yè)務(wù)，采用基于FlexE Channel的硬切片技術(shù)，解決了波長(zhǎng)穿通方案業(yè)務(wù)顆粒度過大、承載效率偏低的問題，以及軟切片技術(shù)時(shí)延偏大、無(wú)法物理隔離的問題。

2.4 承載網(wǎng)與無(wú)線、核心網(wǎng)切片的協(xié)同

圖2 承載網(wǎng)與無(wú)線、核心網(wǎng)切片的協(xié)同

對(duì)于5G業(yè)務(wù)端到端的網(wǎng)絡(luò)分片，需要無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)和承載網(wǎng)共同配合完成�？筛鶕�(jù)無(wú)線業(yè)務(wù)的隔離、時(shí)延等屬性對(duì)承載網(wǎng)的切片進(jìn)行定義；并根據(jù)實(shí)際情況，靈活選擇業(yè)務(wù)端口、VLAN、IP的DSCP等進(jìn)行RAN的業(yè)務(wù)和承載網(wǎng)的切片之間的映射。

RAN、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)三者之間的協(xié)同通過基于SDN/NFV架構(gòu)的切片編排器完成，如圖2所示。其中，SDNO負(fù)責(zé)承載切片編排，并通過SDNC完成承載切片布署。而Global Orchestrator（GSO)完成無(wú)線和承載之間跨域的業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)和編排， 可同時(shí)協(xié)調(diào)CN子切片管理（CN NSSMF）、RAN子切片管理（RAN NSSMF） 和承載網(wǎng)子切片管理（BN NSSMF）, 從而實(shí)現(xiàn)5G業(yè)務(wù)的端到端切片，并通過各切片的不同功能屬性滿足5G業(yè)務(wù)的差異化需求。

3 中興通訊率先發(fā)布支持5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片的實(shí)時(shí)編排器

中興通訊推出業(yè)界首個(gè)電信級(jí)端到端5G網(wǎng)絡(luò)切片，實(shí)現(xiàn)無(wú)線、固網(wǎng)、承載、核心網(wǎng)、大視頻的端到端分鐘級(jí)部署，實(shí)現(xiàn)虛擬資源和物理資源的統(tǒng)一編排，秒級(jí)彈性以及基于AI的智能運(yùn)維。

在MWC 2018世界移動(dòng)大會(huì)，中興通訊發(fā)布并演示了業(yè)界首個(gè)實(shí)時(shí)編排的5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片。中興通訊電信級(jí)DevOps Builder是全球首個(gè)可商用的電信級(jí)DevOps環(huán)境，可提供端到端的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)切片運(yùn)維。此次發(fā)布的電信級(jí)全產(chǎn)品端到端編排的網(wǎng)絡(luò)切片，現(xiàn)場(chǎng)分別演示了eMBB大視頻切片和uRLLC低時(shí)延切片，覆蓋接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)全領(lǐng)域，如圖3所示。

圖3 端到端網(wǎng)絡(luò)切片的組網(wǎng)

3.1 可定制端到端的切片時(shí)延場(chǎng)景

圖4為8個(gè)機(jī)器人模擬工業(yè)控制的場(chǎng)景，機(jī)器人是以串行方式控制的。 第一個(gè)機(jī)器人接收到命令后，開始跳舞，并通過網(wǎng)絡(luò)切片將此命令發(fā)送給第二個(gè)機(jī)器人，以此類推，因此最后的一個(gè)機(jī)器人的跳舞動(dòng)作要比第一個(gè)機(jī)器人慢7倍的網(wǎng)絡(luò)切片時(shí)延時(shí)間。 如圖4左側(cè)所示。

圖4 可定制時(shí)延場(chǎng)景：機(jī)器人跳舞(千手觀音)

控制器UI界面上的調(diào)音臺(tái)分為整體時(shí)延控制Toolbar，和各NF詳細(xì)參數(shù)調(diào)節(jié)Toolbar，分別適應(yīng)不同層級(jí)客戶的需求。先設(shè)置切片時(shí)延為100ms，此時(shí)能看機(jī)器人之間動(dòng)作不同步，不整齊。 接著通過調(diào)音臺(tái)設(shè)置切片時(shí)延為1ms，可以看到機(jī)器人間動(dòng)作同步，整齊劃一。 是因?yàn)榻邮盏綍r(shí)延調(diào)整命令后，RAN、核心網(wǎng)和承載網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化和重構(gòu)。 RAN進(jìn)行深度優(yōu)化，以提供低時(shí)延保證；核心網(wǎng)將UPF功能下移到邊緣DC，以盡量減少時(shí)延；承載網(wǎng)對(duì)傳輸路由進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)低時(shí)延業(yè)務(wù)的一跳直達(dá)。

通過調(diào)節(jié)整體Toolbar，不斷縮小時(shí)延要求，機(jī)器人動(dòng)作從不整齊向整齊過渡；或不斷調(diào)大時(shí)延要求，機(jī)器人動(dòng)作從整齊向千手觀音效果過渡。

3.2 eMBB大視頻端到端切片

在iPAD樹上面的6個(gè)iPAD采用5G CPE方式接入，通過Front Haul接入到邊緣DC，下面的6個(gè)iPAD采用PON方式接入，這兩種都通過Back haul接入到中心DC，如圖5所示。

圖5 eMBB大視頻切片組網(wǎng)

當(dāng)有4個(gè)用戶觀看視頻時(shí)，此時(shí)在DevOps Builder Screen能看到數(shù)據(jù)流量，業(yè)務(wù)正常。 當(dāng)用戶數(shù)量增加，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)并通過彈性切片安排更多的資源，如MANO發(fā)送增加帶寬的命令給控制器，使得承載網(wǎng)絡(luò)提供更大的帶寬，來(lái)滿足業(yè)務(wù)的需求。因而視頻會(huì)有幾秒顯示馬賽克，隨后恢復(fù)正常。

在峰值時(shí)段，用戶數(shù)量持續(xù)增加，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的極限帶寬，并且有4個(gè)iPAD觀看相同視頻源。系統(tǒng)檢測(cè)到帶寬不足，并產(chǎn)生告警。同時(shí)系統(tǒng)通過智能分析，觸發(fā)CDN從中心DC下沉到edge DC。此時(shí)業(yè)務(wù)帶寬降低，并且告警消失。視頻會(huì)有幾秒顯示馬賽克，隨后恢復(fù)正常。

通過電信級(jí)DevOps Builder可進(jìn)行切片的智能運(yùn)維運(yùn)營(yíng)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和定制化KPI指標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能調(diào)整和全面優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)端到端的資源協(xié)同，可為運(yùn)營(yíng)商提供快速、敏捷、精準(zhǔn)的SLA網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，極大優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源并提升資源利用率，滿足5G時(shí)代復(fù)雜多樣的網(wǎng)絡(luò)需求。

作為全球領(lǐng)先的綜合通信解決方案提供商，中興通訊與各行業(yè)廣泛開展合作，對(duì)5G核心技術(shù)進(jìn)行測(cè)試評(píng)估，依托5G網(wǎng)絡(luò)切片，推進(jìn)5G創(chuàng)新，助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

來(lái)源：C114通信網(wǎng)