端到端网络切片如何解决行业挑战并支持新业务模式

网络切片是3GPP CT中的一个概念,其历史可以追溯到R13/R14,并在LTE网络中引入静态切片。有人说,网络切片的真正商用案例将随着5G的到来而出现,尽管在2017年12月的R15 Stage3发布的标准中仍然没有用例映射的完整定义,但是据说将在2018年第二季度发布的R16 Stage3中将有相关定义。5G网络必须从动态切片角度解决网络切片问题,可以通过编排器实时调配、管理和优化网络切片,以满足大规模物联网、超可靠和eMBB等不同用例的需求。

本文将探讨网络切片的一致定义以及实施方式,是否业界应该延迟切片并等待5G R16 Stage3的发布,或者在向5G升级时使用简单的切片实验。

切片不只是应用于5G领域,传统网络也需要网络切片以支持业务,然而在4G时代存在一些限制比如只支持FUP RAN频道或不支持共享的RAN频道。简而言之,这意味着大部分时候是基于APN/IMSI提供静态切片。由于5G主要是垂直的应用,因此3GPP CT3正在定义动态网络切片的相关细节。

1、理解TR22.891的切片需求

  • 运营商要能够创建和管理满足不同场景所需的网络切片
  • 运营商能够并行运行不同的网络切片,例如,阻止一个切片中的数据通信对其他切片服务产生负面影响。
  • 3GPP系统具备在单个网络切片上满足特定安全需求的功能
  • 3GPP系统应具有在网络切片之间提供隔离的能力,从而将潜在的网络攻击限制在单个网络切片上。
  • 运营商应能够授权第三方在网络运营商限定范围内,通过API创建、管理网络切片配置。
  • 3GPP系统应在不影响该切片或其他切片服务的前提下,支持网络切片的容量弹性。
  • 3GPP系统应该能够在对正在提供服务的切片影响最小的情况下更新切片
  • 3GPP系统将能够支持网络切片的E2E资源管理。

图1 理解支持SDN/NFV的未来网络中的切片要求

即便目前还没有完善的网络切片的标准,目前的SDN/NFV架构也可以提供租户资源隔离。

2、理解SDN/NFV视角下的网络切片

SDN/NFV旨在使用通用NFVI中的多租户配置实现服务的灵活交付,通过针对不同用例配置多VNF可以理解基本的切片概念。对于大规模物联网,我们可以将轻量级C-SGN与控制和用户平面相结合;对于URLLC,可以使用CUPS架构的分布式VNF,以提供真实体验;对于eMBB,可以通过避免vFW或其他NE来提供终端服务,以建立一个大型管道来传送视频和实况广播用例。

图2 了解SDN/NFV中的切片

上图可以视为理解网络切片的参考,对于熟悉SDN/NFV的人来说,关键的变化是添加了网络切片层。该层可能是NSD/VNFFGH的一部分,或者作为独立层存在。由于一个服务可以根据需要包含多个切片,所以即使1:1存在,该层也是必须的,它是提供灵活性的抽象层。

服务⇒这是将提供给终端客户的商业服务

网络切片实例(NSI)⇒定义切片的来自底层的资源集合

子网实例NSSI⇒将其视为一组相关的VNF/PNF

NSI和NSSI都作为NSD的一部分提供,因此,网络切片实例(NSI)可以由O个,1个或多个网络切片子网实例(NSSI)组成,也可以由另一个NSI共享。同样,NSSI由一组网络功能组成。

图3 网络切片组件

3、网络切片在5G中的应用

动态网络切片的真正实现是在5G领域,将确保为每个用户提供针对其定制用例或细分的专用服务。只有当整个电信网络被虚拟化时,包括RAN和RF模块才能完全实现网络切片的优点,这是因为UE将根据需求由RF、RAN标识的特定ID来请求切片以确保它可以被递送结束,否则网络切片的整个概念就像今天实施的基于VPN/VRF的静态overlay。这也是为什么一级运营商都希望在5G之前加速SDN/NFV的实施,SDN/NFV将确保网络切片的端到端传输。5G CT RAN3也在研究网络切片的影响,因为5G NR将开放包括5G Wi-Fi在内的所有接入,这种情况下网络切片与WiFi网络融合交付的方式尚未达成共识。在5G网络中,UE将通过连接到唯一的AMF来跟踪与其相关联的所有切片,因此一个UE可以与8个切片产品相关联,这超出了业务需求。

从RAN网络切片的角度来看,切片ID可以链接或传输到核心网络中的NF。在初始阶段,这种切片可以是静态的,但是长期来看,这种来自UE的场景必须使用NFVO闭环控制实现自动化和动态化。

4、5G端到端切片管理

网络切片的主要特点有两个,即将通用平台出售给使用NaaS(网络即服务)的最终用户和租户,并对其进行监管。从最终用户的角度来看,切片ID由切片种类和切片微分器组成,用于解释切片类型(eMBB,IoT,uRLLC)中的用例。对于一些独特的企业用例,还可以提供独特的非标准切片。这些切片将在5G中由无线网络识别,并且UE将在服务使用期间将其携带,以确保专用资源的端到端传送。为了管理端到端切片,每个电信VNF从RAN开始都必须有新的逻辑实体名称NSSF(网络切片选择功能)以确保切片请求能够映射到相应切片中,并且保障端到端传送的一致性。下图将会看到切片网络视图如何进入NFV,Os-Ma Sol5是在NFV中集成切片管理功能的关键。

图4 5G中的E2E切片管理

从资源管理的角度来看,可以将NSI映射到简单或复合NS的实例或这些NS实例的串联中。3GPP SA5还考虑使用Rest API将切片管理提供给第三方,这意味着切片网络可以由第三方提供、管理和优化。

除此之外,作为多业务网络的传输网必须支持5G和非5G网络服务之前的切片。由于所有服务都放在虚拟网络功能中,所以必须隔离不同虚拟网络功能之间的流量。此外,预计切片管理器将请求配置管理网络子网实例(MNSSI)以支持不同的5G服务(例如,uRLLC,eMBB等),VNSS将支持MNSSI。在前传网络中,只需要一个MNSSI,因为所有业务都在RRU和DU之间以通用的eCPRI封装进行传输。

图5 5G中的切片多样性

5、NW切片的最佳方式是什么?

有很多标准组织在研究NW切片,如NGMN,ETSI,NFV,3GPP等,显然是因为它将能够创造一个新的商用案例,向垂直行业提供新产品和解决方案。很显然,NW切片需要迎合租户本身的专用切片和E2E管理和实现。这是SaaS的真正实现方式,Facebook,Dropbox,谷歌过去成功地做到了这一点。

图6 网络切片的逻辑视图

然而,这只是片面的观点,5G的业务案例与业务模型需求相结合使得在ETSI NFV体系结构本身中考虑新标准的定义是值得的。

图7 混合网络中的网络切片模型

PNF以及由PNF连接组成的子网将在MANO之外进行管理,这需要网络切片生命周期管理与非虚拟化生命周期管理和操作环境的接口,如图4所示,可以采用开放的Nsl-PN接口(PN指物理网络)。

6、ETSI GR NFV-EVE 012网络切片标准的要点

每个租户通过其NFVO管理器管理域中运行的切片,依靠他们的NFVO在租户领域执行资源调度功能。由于这些资源可能由不同的基础设施提供商提供,NFVO需要对相应的资源进行编排。切片需要对隔离、分离或共享方式使用的资源进行分区和分配。一组这样的专用资源被称为切片实例,在使用一组给定资源部署网络时,新网络切片的定义主要是配置一组新策略、访问控制、监控/SLA规则、计费整合规则以及新的管理/编排实体。另外,在资源稀缺的情况下(如灾难恢复),通过网络运营商的可用性和可靠性区分网络切片的能力以及网络运营商为网络切片定义优先级的能力需要NFV和SDN域之间强有力的协调以进行切片管理。

NFV中的网络切片可能属于多个站点,这是一个引人注目的想法,特别是当VNF分散在不同的NFVI POP中时。

在NFV/SDN的背景下,安全性对于切片管理的重要性在于切片类似于VNF相互连接的视图,理想状况下,这意味着每个切片具有单独的VNF且可能不是最佳的PNF。为了满足这个需求,重新设计VNF可能是必要的。

图8 什么是切片端点

上文中NSM(网络切片管理)有一部分非常重要,因为切片涉及SDN、NFV、云以及PNF,并且Os-Ma SOL5以及NFVO管理混合环境的能力是关键。

简而言之,网络切片应该在专用资源、操作隔离、功能隔离、预留无线资源、单独策略控制、SLA控制、安全和服务可靠性等方面实现网络控制和逻辑分离。这是SDN/NFV/5G网络的独特优势,为运营商开创了新的可能性。

本文试图解释网络切片的新的可能性和演化路径,在5G SA完全标准化之前,切片将不可能用到端到端动态切片,并且NSM的架构也不会被锁定,然而在当今的网络中,可以利用SDN/NFV网络实现切片的某些特征和功能。很明显,运营商现在需要开始尝试使用SDN/NFV和MANO功能来实现静态切片的应用案例,并且在5G成为主流时进行升级。

原文发布于微信公众号 - SDNLAB(SDNLAB)

原文发表时间:2018-05-07

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