5G端到端切片SLA行业需求研究

2020年9月23日，在2020年华为全连接大会上，中国信息通信研究院（以下简称“中国信通院”）发布了《5G端到端切片SLA行业需求研究》。

来源：5G产业圈

5G网络切片是5G服务垂直行业的关键切入点，SLA作为切片服务提供商和切片用户之间的业务保障协议，将在5G行业应用拓展和商业化中发挥关键作用。

如何定义和划分不同等级的SLA（服务等级协议）对网络切片至关重要，而目前，大多数行业客户对网络切片没有清晰的认识，需要通信企业和行业用户共同进行探索，而且切片管理与服务需求的平衡是一个很大的挑战。

本报告从行业视角研究应用企业对于5G切片业务的SLA需求，并结合业界常用的SLA相关标准，首次定义了 “行业对联接SLA需求的马斯洛模型”，从“业务可用、安全可信、自主可控”三个维度系统性描绘了联接SLA的分级体系。

研究背景和意义

1发展现状及存在问题 5G不仅是移动通信技术的一次代际跃迁，更将成为行业应用创新的“主阵地”。  与历届移动通信技术主要满足“人人互联”通信需求相比，5G更重视人与物、物与物的通信需求，更多聚焦于为垂直行业赋能赋智，加速开启“万物互联”新时代。   5G网络切片将共享的物理基础设施切割成了多个独立的虚拟网络，为不同业务提供独立运行、相互隔离的定制化专用网络服务，是5G服务垂直行业的关键切入点。工业、医疗、能源等行业应用方对5G切片技术表现出极大的热情，希望借此推动业务模式创新，促进产业转型升级。  5G网络切片的技术标准和网络基础基本就绪。  5G网络切片作为一个按需定制的端到端的逻辑网络涉及无线、传输、核心网和管理域，在今年7月冻结的3GPP R16版本中，5G网络切片已经初步实现 eMBB和uRLLC类切片的基本功能和基本流程的定义，为第一波5G部署和网络切片业务商用奠定了坚实基础。   与此同时，5G SA网络初步商用，为端到端网络切片技术的应用创造了基础条件。今年我国四大运营商5G网络建设均以SA独立组网方式为主，全面推进5G SA网络商用步伐。  中国电信预计于今年9月开展5G SA商用，经过一年时间测试调整后可开展规模化商用；中国联通也于今年第三季度启动5G SA公测计划，当前正在招募公测用户；中国移动计划今年第四季度实现SA成熟。深圳全面完成了 5G SA 组网，累计建成超过4.6万个5G基站，网络建设步入了第二个阶段，各种各样的5G行业应用落地将成为当前的重点。  5G网络切片SLA等级划分对规模商用至关重要，而目前还没有清晰的定义。  由于网络切片面向不同行业及场景提供不同网络能力的组合，如何定义和划分不同等级的SLA（服务等级协议）对网络切片服务的提供者以及消费者都至关重要，然而目前对切片进行SLA等级划分还面临多方面的问题。  首先，在行业用户方面，虽然部分行业应用场景已经基于SA网络开展了一些试验，但大多数行业客户对网络切片能力并没有清晰的认识，不清楚网络切片如何与自身的行业应用场景相匹配、切片所能够带来的商业价值以及如何选购切片。   其次，在运营商方面，5G切片SLA等级划分涉及行业应用场景众多且各行业专业性强，需要通信企业与行业客户进行大量的共同探索研究，需要行业龙头企业深度参与切片SLA等级标准的定义和划分。   最后，在切片管理方面，切片的划分并非越多越好，如何达到运营管理复杂度与客户需求多样性之间的平衡是一个很大挑战，能够同时满足服务双方的清晰的SLA规范和服务质量管理流程需要通过市场的多次验证和更新迭代才可以完成。  2研究意义

5G行业融合应用已经进入到关键探索期，研究如何对5G网络切片SLA等级划分是加快5G网络切片在各行业落地应用和规模推广的重要前提，对行业用户、运营商、政府（行业主管部门）都有积极而深远的意义。

5G网络切片SLA等级划分帮助行业用户了解切片并利用好切片。  用户对网络切片的了解需要一定的认知过程，清晰的SLA指标有助于行业用户直观感受到网络切片所能提供的服务类别及其差别，并参考SLA标准所定义的服务等级，选择适合自己行业业务特性的网络切片服务，从而降低了行业间沟通的壁垒，推进5G融合应用的落地，让行业用户早日享受5G技术所带来的红利。  5G 网络切片SLA等级划分能有效提高运营商服务行业用户的能力。  首先，运营商在参与SLA标准制定过程中可以更深入的了解行业对5G的应用需求，制定出符合大部分行业需求的网络切片服务。   其次，SLA标准有助于降低运营商的运营成本。运营商基于不同的SLA标准制定灵活的差别化定价服务，提供可协商服务价格和保障等级的沟通平台，有助于在满足行业客户多样化定制网络需求和降低5G运维成本之间达到有效的平衡。   最后，SLA标准可提升运营商切片的服务质量。运营商借助切片SLA管理平台，可以为大量行业应用提供5G网络切片服务，同时能够精准地控制单个切片的服务质量。  5G网络切片SLA等级划分为行业主管部门提供决策参考。

一是为政策监管的研究提供判断标准和参考依据。各行业对安全要求较高，5G应用于各行业需要从行业管理顶层制定5G网络、终端、数据方面的安全技术指标，需要建立通信行业与各行业的安全认证对接机制。

若要将5G作为行业用网的可选技术之一，在技术指标制定过程中，政府需要参考5G网络能力的量化指标和行业标准，清晰的SLA等级指标将是一个重要参考。

二是为构建产业互联网"联接力"的评估体系奠定基础。通过SLA分级，可以量化行业数字化的联接能力，用于国家评估行业数字化的实际效果，分析存在的短板和调整投资方向。   综上，清晰的SLA等级划分是千行百业和5G技术之间的沟通桥，是5G端到端切片满足各行业多样化差异化通信能力要求并且迈向规模化商业运营的第一步。充分了解各行业的5G业务需求及其对5G网络切片的确定性SLA要求，并支撑客户确定性的联接体验，是现阶段的重要工作。   5G端到端切片的典型网络架构

5G网络切片在3GPP TS23.501中已经定义，通过将物理网络切分为多个逻辑网络实现一网多用，使运营商能够在一个物理网络之上构建多个专用的、虚拟的、隔离的、按需定制的逻辑网络，来满足不同行业用户对网络能力的不同需求（如时延，带宽，连接数等）。  5G网络切片需要基于SA网络架构实现。3GPP R15协议基于5G SA架构定义了切片标识和E2E标识用户群，说明了切片如何使能差异化。通常只有复杂的网络和终端配置才能实现对某类用户群的差异化，而2G/3G/4G/5G NSA 等协议缺少E2E统一标识某类用户群的手段。  5G网络切片是端到端的架构设计，包含多个子域，且涉及管理面、控制面和用户面等三个层面。  

1端到端切片管理架构

主要包含以下几个关键部件∶  CSMF(Communication Service Management Function）是切片设计的入口。将承接业务系统的需求转化为端到端网络切片需求，并传递到 NSMF 进行网络设计。CSMF功能一般由运营商BSS改造提供。  NSMF(Network Slice ManagementFunction)负责端到端的切片管理与设计。得到端到端网络切片需求后，NSMF产生一个切片的实例，根据各子域/子网的能力，进行分解和组合，将对子域/子网的部署需求传递到NSSMF。NSMF功能一般由跨域切片管理器提供。  NSSMF(Network Slice Subnet Management Function）负责子域/子网的切片管理与设计。核心网、传输网和无线网均有各自的NSSMF。  

       NSSMF将子域/子网的能力上报到NSMF，当获得NSMF的分解部署需求后，实现子域/子网内的自治部署和使能，并在运行过程中，对子域/子网的切片网络进行管理和监控。   通过CSMF、NSMF 和 NSSMF 的分解与协同，完成端到端切片网络的设计和实例化部署。端到端切片的全生命周期管理，包括切片实例创建、监控、释放，如分解网络需求到无线网、承载网、核心网各单域，完成切片E2E配置收集各单域信息，汇总形成切片级统计指标，随后进行可视化呈现；与BSS系统集成支持行业切片模板设计和上线。  25G切片端到端网络技术典型实现方案

端到端5G网络切片包含无线网切片、核心网切片和传输网切片三部分∶ 无线网切片  无线的切片资源包括空口资源（频谱、小区），设备资源（AAU、BBU资源）;切分方式包括硬切（资源隔离）、软切（资源抢占）。  

       例如∶在空口资源调度时，能做资源预留（某段空口时频资源给某切片专用，资源隔离）、基于优先级的资源抢占（高优先切片抢占低优先级切片的空口资源）、基于切片业务容量的空口资源保障和限额等。在设备资源调度时，设备资源如CPU、内存、队列等资源被某切片专用或基于切片优先级抢占式的共享使用。  无线网络切片技术实现节奏上分为两个阶段。 第一阶段主要完成无线网络对切片的感知，打通终端接入切片网络的端到端流程，支持切片级优先级（即对切片内用户群设定的群优先级），如对高优先级切片内用户设定最低保障速率，对低优先级切片内用户设定最大速率；在网络拥塞时，高优先级切片内用户可抢占低优先级切片内用户的资源。  第二阶段不同的切片可根据业务需求选择各自最适合的PHY/MAC/RLC/PDCP无线协议栈。

       对于uRLLC切片，为保证业务低时延及高可靠，PHY层采用低时延优化的编码方式，MAC层采用HARQ盲重传，RLC层不采用确认模式；对于eMBB切片，为保证大带宽，PHY层采用大负荷优化的编码方式，MAC层采用HARQ重传，RLC层采用确认模式;对于 mMTC切片，为保证深度覆盖及低功耗，PHY层采用覆盖增加及能耗优化的编码方式，MAC层采用多次HARQ重传来提供深度覆盖，数据面采用Data over NAS信令面传输方式。

       无线切片第一阶段技术已经成熟，第二阶段还在探索中。 核心网切片  SA网络架构下，核心网的各网络功能被化整为零，拆分成众多细颗粒的模块化组件，微服务就是5GC核心网网络功能的最小模块化组件。核心网切片实现如下∶  微服务按业务需求不同，进行灵活编排，形成不同的切片。如FWA切片，固定终端不需要部署移动性管理，需要部署CPE接入管理，另外考虑到FWA上承载的IPTV业务，需要部署IPTV组播功能;如uRLLC类切片，因为低时延高可靠性的要求，会话管理中需要增加1+1热备份功能，用户面功能增加低时延转发/时延监控等功能。  

       根据时延或带宽等需求不同，切片的微服务可以灵活部署在网络的不同位置。如FWA切片，因为对于时延不敏感，FWA切片对应的核心网微服务都可以部署在核心数据中心；而对于uRLLC类切片，因为低时延的要求，切片的用户面微服务必须就近部署在边缘数据中心。对于时延不敏感的信令面微服务，如接入移动性管理以及会话管理功能可按要求部署在核心数据中心或区域数据中心。  各微服务可被不同切片独占或共享。独占模式相当于每个切片各有一套核心网，彼此之间互不影响;或者部分共享部分独占，如某些微服务可以被多个切片共享（如统一的用户接入鉴权管理、统一的用户数据管理、统一的用户策略管理），而其他微服务（移动性管理、会话管理、用户面功能等）每个切片独自各有一套。  

传输网切片  传输网切片的实现分为转发面和控制面两个层面，转发面有光层/IP层硬管道（物理隔离），IP层软管道（层次化 QOS调度）；控制面实现各切片间不同的逻辑拓扑以及智能选路。  转发面软硬管道隔离∶ 光层硬管道∶通过为不同的业务分配不同的波长（A或者单波长内不同的ODUk（光通道数据单元，即一个波长内不同的时隙单元），实现各切片的光传输资源独占和业务隔离;  IP层硬管道∶采用FlexE（灵活以太）技术实现不同切片分配独享的接口资源，实现基于硬管道的业务隔离（FlexE技术∶Ethernet接口的物理层划分时隙，MAC层灵活选择一个或多个时隙组成可变带宽的接口，例如在5*40G的接口上提供20个10G的带宽）；

        IP层软管道∶通过TE隧道技术（TE∶Traffic Engineering，通过在每个路由器节点上配置控制协议协商链路带宽，实现逻辑隧道上各个节点的带宽预留）构建软管道为不同的业务切片分配链路带宽资源，通过HQos（层次化QOS∶采用多级调度的方式，精细区分不同用户和不同业务的流量，提供区分的带宽管理）实现不同用户不同业务流量的优先级调度。  35G切片的产业节奏

由于切片基于5G SA架构实现，因此切片的商用落地需要运营商、设备商和垂直行业进行紧密的联合技术验证和商业创新，商用落地节奏预计如下∶   1）2020年-2022年，随着2020年5GSA商用，未来1-2年将逐步成熟，少数对 SLA有强烈需求的行业将率先在切片领域进行创新探索，如工业互联网、智慧医疗、智能电网、AR/VR/游戏、远程教育等。   2）2023年及以后，随着5G切片技术的进一步成熟，将会有更多的行业选择切片服务。我国在5G切片目前处于领先位置，2018年巴塞罗那世界移动通信大会上，中国移动、华为、德国电信、Fraunhofer FOKUS、国家电网、中国电力科学研究院、腾讯、意大利电信、大众以及数字王国宣布成立5G切片联盟。经过两年的探索，中国运营商在VR直播切片、游戏切片、智能电网切片和智能油田切片等多领域都已经进行了大量实践，5G切片技术已经逐步走向成熟。   5G端到端SLA分级建议

1SLA指标参考

SLA：双方正式协商达成的协议，有时也称为服务水平保证。它是服务提供商和客户之间的合同（或合同的一部分），旨在建立对服务、优先级、责任等的共同理解。   规范（SLS）:可以看做是SLA的技术组件和指标，用来定义纳入SLA指标参数以及相关门限值。   目前，业界提出了一些SLA相关标准，结合GSMA与3GPP标准，5G切片的SLA指标主要包括"用户带宽、时延、包可靠、吞吐率、定位精度、隔离度等"。

 2行业SLA需求的马斯洛模型

通过对现有标准的梳理和行业用户需求的调研，我们进行归纳总结后，认为企业对于网络的需求存在"马斯洛模型"，基本层级是从基础的业务可用，到安全可信，再到自主可控。 

35G切片SLA分级建议

4SLA调色板具体分级建议

单用户带宽等级  该指标可以通过在UE侧或server侧进行灌包测试进行验收，也可以统计规定时间内切片业务成功传输数据进行计算验收。  

时延等级  该指标可以通过在UE侧或server侧进行ping包测试进行验收，统计数据包的RTT时延。  

隔离等级  该指标需要测试某业务切片在背景切片的影响。如视频监控切片在背景切片影响下，用户速率无影响，则为物理隔离，否则为逻辑隔离。  

 管理等级  该指标通过在UE侧或server侧操作管理界面验收，根据是否提供对应功能进行判断。  

   SLA调色板在典型行业的需求分析

1医疗行业

目前5G+医疗健康领域主要开展的应用包括三大类：  一是基于图像与视频实时交互的诊断指导类应用，比如实时远程会诊，无线手术示教等；   二是基于力反馈总下可的远程操控类应用，比如远程机器人手术等；   三是基于无线采集类的监测与护理类应用，比如无线输液、移动护理、患者实时位置监测等。   另一方面，从医疗机构的使用场景来看，可将5G智慧医疗应用分院前、院内、院间三大主要场景，全方位赋能医疗行业。  

  医疗行业SLA标准分级可分为三大类∶基于图像与视频实时交互的诊断指导类切片、基于力反馈的远程操控类切片、基于无线采集的监测与护理类切片。  

 2制造行业

5G在工业制造行业的深入应用已成为产业界探索的重要方向。5G融合云计算、大数据、人工智能等技术。赋能离散型和流程型等工业行业，在设计、制造、质检、运维、安全等关键环节，形成了协同设计、仿真验证、辅助装配、精准操控、柔性加工、视觉检测、远程维护、无人巡检等典型应用场景，降本、提质、增效作用初步显现。  

  制造行业SLA标准分级可分为三大类∶基于上行高带宽的外围辅助类切片、基于海量信息采集的辅助生产类切片、基于高可靠精准控制的核心生产类切片。  

 3电力行业

电力系统包括发电、输电、变电、配电、用电五大环节，5G凭借其技术优势已应用于电力系统的各个环节，助力清洁友好的发电、安全高效的输变电、灵活可靠的配电、多样互动的用电，加速电网数字化转型升级进程。  

 对于发电、输电、变电这三大环节，5G技术主要以移动巡检、视频监控、环境监测等新型业务方式增强电力系统管理能力。在配电环节，5G技术将有效推动配电自动化、柔性化转型。  一方面，通过提升配电设备数字化、网络化、智能化水平，实现配电网设备可管可控，并提升控制的精细化水平；  

       另一方面，通过5G实现分布式能源泛在接入和智能化管理，保障配网稳定。在用电环节，5G助力用电端向服务化、智能化方向发展，例如通过支持阶梯电价、实时电价等业务实现精准预测用电需求，并提升供需协同。从目前的应用业务的发展情况看，5G技术对配电和用电环节业务影响较大，变革趋势较为明显。  电力行业SLA标准分级可分为三大类∶基于高清视频的巡检类切片、基于低时延的电网控制类切片、基于无线采集的监测类切片。  

   发展建议

SLA作为切片服务提供商和切片用户之间的业务保障协议，将在5G行业应用拓展和商业化中发挥关键作用。为了推动5G产业的发展和5G切片SLA分级进一步落地，我们提出以下几方面的建议。  一是呼吁各方积极参与SLA研究。  目前的SLA研究工作主要以通信运营商和设备商为主，而5G融合应用涉及行业众多，各行业专业性强，需要垂直行业的龙头企业加大参与力度，通过深入沟通了解切片对行业的商业价值，共同探讨下一步研究工作。  

       二是加快基于SLA网络切片的测试验证。  目前SLA定义网络切片还处于理论性探索阶段，SLA等级划分离某些行业的真正落地还有一定的距离，需要结合行业大量反复的5G应用试验去判断和调整，并进一步优化SLA的参数指标，推动标准化相关工作。  三是加速5G切片SLA商业落地。  通过SLA产业各方的参与，共同探索5G切片的商业模式，加快产品研发，降低行业间沟通的壁垒，推进5G融合应用的落地，让行业用户早日享受5G技术所带来的红利。   部分内容如下：  

原文标题：中国信通院 |《5G端到端切片SLA行业需求研究》（附下载）

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责任编辑：haq