基于5G切片专线的组网技术和实现方法

张艳

（中国电信股份有限公司福建分公司，福建 福州 350001）

1 引言

5G时代万物智能、万物互联。相比4G网络，5G不仅考虑人与人，还考虑人与物、物与物的连接。不同行业丰富的应用场景带来不同业务对网络多样化的需求，而5G网络3种典型场景eMBB、uRLLC、mMTC拥有大带宽、低时延、广连接的性能优势，5G网络切片提供了网络资源的灵活分配、网络能力的灵活组合，为5G时代打造多样化、差异化服务提供了有力保障。在5G 2B组网中应用5G网络切片技术，应用固网组网的智能传送网（smart transport network，STN）技术、光传送网络（optical transport network，OTN）技术，按需定制组网，满足不同行业用户的多样化需求。运营商通过5G切片专线组网与2B行业用户组网、业务应用相结合，加速推动“5G+”与实体经济融合，支撑工业、制造、物流等行业进行数字化、网络化、智能化的发展转型[1]。

2 5G网络切片

5G网络切片（network slice）可以实现在5G SA架构中，将同一基础设施的物理网络划分为多个按需定制的端到端、专用虚拟网络，物理隔离或逻辑隔离。对每个虚拟专用网络配置不同的功能，实现网络在时延、速率、连接数等方面的不同性能，满足不同行业丰富、多样化的需求[2]。

5G网络端到端切片涵盖了无线网、承载网和核心网[3]，对接模型如图1所示。

图1 5G网络端到端切片对接模型

5G SA新增签约切片标识（S-NSSAI），网络侧确定相应的组网配置逻辑，以实现5G网络对该切片业务的端到端承接。

2.1 无线网络切片

5G无线网络的切片资源包括空口资源和设备资源，空口资源在调度时能提供资源预留或基于优先级的资源抢占，设备资源可以在调度时被某切片专用，或者基于设置的切片优先级与其他切片通过抢占的方式共享使用，如CPU、内存、队列等[2]。上述通过设置优先级，抢占式共享资源来实现调度，即软切片的方式，而资源隔离，实现专用调度为硬切片的方式。

无线网络切片技术在运营商提供的网络能力应用上，考虑业务需求和组网成本，当前应用较多的是基于QoS机制的GBR/Non-GBR类5QI提供不同业务等级的软切片方式，承载网、核心网提供QoS协同。在实现上，打通终端接入切片网络的端到端流程，通过新增签S-NSSAI与VLAN（承载接入）绑定，以及与业务场景对应TAC（来自用户订阅或核心子网切片实例信息）绑定，以支撑UE注册、会话建立等阶段的切片选择和接入。在硬切片方式中，可通过RB资源预留、RB资源独享、载频独享、基站独享的方式实现通用或特定行业切片。

2.2 承载网切片

5G承载网STN，采用FlexE技术可实现硬管道的业务隔离，通过不同硬切片分配独享的接口资源。还可采用PQ队列调度或WFQ队列调度，通过不同QoS的软切片为不同等级的业务提供差异化保障。

5G切片专线端到端组网通过切片映射VLAN的方式实现，无线基站所有2B业务S-NSSAI映射到承载网2B通道的同一VLAN。承载网融合网关到5G核心网UPF N6口之间规划VLAN ID范围，按用户来分配使用，不同VLAN的子接口在承载网绑定不同的软/硬通道，与S-NSSAI对应。

2.3 核心网切片

SA网络架构下，核心网的各网络功能被拆分成众多细颗粒的模块化组建，最小的模块化组件即微服务[2]。根据业务使用所需时延或带宽等要求的不同，可以将切片的微服务灵活部署在网络的不同位置。各微服务可以被切片独享或不同切片共享，独享时每个切片各有一套核心网，也可以根据业务需求部分共享、部分独享，如核心网用户面UPF共享、UPF下沉用户园区独享，以降低时延和实现数据本地卸载。

5G切片组网通过S-NSSAI和VLAN映射实现无线网、承载网、核心网的端到端打通。在此基础上，考虑经济性，应用QoS端到端映射、调度的软切片，可在带宽、时延、丢包率、抖动等网络指标方面提供差异化保障。其中，基于QoS的GBR/Non-GBR类5QI端到端映射关系规划见表1。

表1 5QI-DSCP/TC-EXP映射关系

根据不同业务场景对速率、时延等的差异化需求，选择配置不同的5QI参数，满足业务端到端的需求。

3 5G切片专线端到端组网设计

结合现网常见2B用户业务场景，应用固网STN专线、STN入云专线、OTN专线，及5G切片技术，搭建5G切片专线，即从5G核心网UPF设备到2B用户固网侧站点或云内系统的固网段专线。

3.1 STN

IPRAN以IP/MPLS协议及其关键技术为基础，面向移动基站业务、通道类业务承载。STN是一种结合IPRAN及PTN技术的增强型分组组网技术，一方面实现3G/4G/5G等移动回传业务，5G承载更进一步引入大容量STN设备和SRv6/FlexE等新技术；另一方面，STN技术叠加在基站业务承载网上，可实现对2B客户业务场景的智能分组化传送，提供灵活的业务接入和灵活配置带宽的能力，运营商应用STN技术打造端到端高可靠保障的二层以太智能专线产品[4]，为2B客户提供以太专线、云专线、云网等业务的融合承载[5]。

通过U设备内置测试或仪表测试发现，STN专线可提供0～1 000 km单向时延≤25 ms、 1 000～2 000 km单向时延≤35 ms、2 000～3 000 km单向时延≤50 ms的能力，接入汇聚端口速率能力可达10 Gbit/s。应用STN专线、STN入云专线，可实现从5GC到2B客户固网侧站点或云内系统的通信。

3.2 OTN

OTN技术结合了光域传输和电域处理的优势，可提供端到端的刚性透明管道，具备长距离、大容量的传输能力，以及强大的组网能力，可提供100 Gbit/s以上的接入汇聚端口速率[6]。大带宽场景下，可提供骨干网单向时延不超过5.5 ms/1 000 km的能力。运营商应用OTN技术为2B客户提供高质量、大带宽、低时延的专线产品。

3.3 5G 切片专线组网

将STN技术、OTN技术、5G切片技术应用于5G切片专线组网，实现5G接入与STN、OTN接入方式组合的多种点到点/入云专线，支持多个5G侧终端共用一条专线，具体如下。

（1）5G-STN组网方式

5G网络与STN拼接，通过网络切片与QoS统一调度，提供多个5G终端和STN固网接入的点到点专线连接。专线一端通过5G无线接入，另一端用户固网站点通过以太专线的U设备有线接入。5G-STN组网方案如图2所示。

图2 5G-STN组网方案

5G切片专线5G-STN组网场景为用户提供多种速率的非物理隔离管道，带宽可复用、成本低、接入方便。

（2）5G-STN入云方式

5G网络与STN拼接，通过STN在云侧的延伸，提供5G终端到云内VPC的点到点连接。专线一端为5G无线接入，另一端接入云。5G-STN入云组网方案如图3所示。

图3 5G-STN入云组网方案

5G切片专线5G-STN入云方组网式适用于用户应用系统部署在云上的场景，专线能力同5G-STN场景。

（3）5G-OTN组网方式

5G网络与OTN拼接，通过网络切片与QoS统一调度，提供多个5G终端和OTN固网接入的点到点专线连接。专线一端通过5G无线接入，另一端通过OTN专线的CPE设备有线接入。5G-OTN组网方案如图4所示。

图4 5G-OTN组网方案

5G切片专线5G-OTN组网方式，可提供更高质量、更大带宽、更低时延的专线能力，物理隔离、保证带宽，适用于用户刚性管道需求的场景。

5G切片专线组网有5G-OTN、5G-STN、5G-STN入云3种实现方式，可提供本地专线和长途专线。其中，STN专线、STN入云专线、OTN专线均为用户提供端到端透明传输能力，均不参与用户业务端路由协议。但在可提供的端口速率上OTN更高，同时，OTN专线可提供物理隔离、带宽独占的刚性管道，而STN专线主要提供非物理隔离、带宽可复用的管道。实际应用中可根据速率、刚性独占、是否访问云资源等需求选择组网方式。

4 5G切片专线组网关键配置

5G切片专线在核心网上的配置分为网络基础配置和5G切片专线业务配置两部分，网络基础配置内容根据运营商提前规划好的信息先做全局配置，5G切片专线业务配置内容根据每条专线的不同业务需求进行个性化配置。其中，网络基础配置主要包括全局QoS映射、UDM/PCF用户签约模板预配置、UPF-N3口配置等。5G切片专线业务配置主要包含切片配置、DNN配置、终端地址池配置、UPF-N6口（如VPN、路由等）配置、码号签约专线业务配置等涉及每开通一条专线时需要增加的配置。

5G切片专线在承载侧的配置分为两部分：第一部分主要包含从基站到5GC UPF段移动回传网络部分的配置，主要是S-NSSAI和VLAN映射、QoS端到端映射的配置，以实现5G网络2B通道的打通和软切片的QoS保障；第二部分主要是从UPF到固网专线侧的配置。即5GC与融合网关设备、固网专线本身的配置，实现5G切片专线从无线网、承载网到核心网端到端的打通。

5G切片专线在无线网络的配置主要包括：5QI参数的配置，并根据表1中5QI-DSCP/TC-EXP映射关系，配置到承载网DSCP/TC的映射；每个用户所使用的S-NSSAI在无线基站侧的配置，以及切片与基站出口2B通道VLAN的绑定关联。

5 5G切片专线组网测试

按照上述组网方案进行数据配置，在运营商机房就近部署，搭建测试环境。5G-STN场景测试环境如图5（a）所示，5G-STN入云场景测试环境如图5（b）所示，5G-OTN场景测试环境如图5（c）所示。

按照如图5测试环境完成网络配置后，开展网络接入测试、业务连通性测试及切片限制业务接入区功能测试，本次测试在运营商机房就近部署测试环境，考虑不同类专线性能特点已明确，在现网中应用成熟，故测试主要围绕固移协同组网的网络接入、业务连通性、5G切片设置有效性开展，具体测试步骤如下。

图5 测试环境

5.1 网络接入测试

（1）测试步骤

在5G终端上设置定制DNN测试，观察5G终端是否可以正确获取IP地址以及网络连接是否正常。

（2）测试结果记录

用签约的DNN接入后，终端可正确获取到地址，网络状态正常。验证5G切片专线5GC可正常分配终端IP地址，5G网络通信正常。

网络接入测试验证了5G切片专线5GC可正常分配终端IP地址，终端接入5G网络通信正常。

5.2 业务连通性测试

（1）测试步骤

从5G终端到固网终端进行ping测试，观察是否ping通无丢包。

（2）测试结果记录

5G终端使用签约的DNN接入，可以ping通固网终端的IP地址，未丢包，如图6所示。

图6 终端ping测试

业务连通性测试验证了5G切片专线端到端通信正常，固移协同组网方案和数据配置可实施。

5.3 5G业务接入区功能测试

（1）测试步骤

选取两个基站，一个基站配置切片信息，作为业务区，另一个基站配置区域限制接入切片信息，作为非业务区。在业务区切片下签约定制DNN，测试终端分别在不同基站下接入网络。

（2）测试结果记录

• 将5G终端配置定制DNN，在5G业务区接入，终端获取地址成功，接入成功，核心网N4口消息记录如图8所示。

图8 终端在业务区接入时的互相ping测试

终端互相ping测试地址成功，如图9所示。

• 将5G终端移动至非业务区，终端获取地址失败、接入失败，核心网接口消息显示非接入区的TAC切片不支持接入，记录如图10所示。

图10 终端在非业务区接入区时核心网的消息记录

ping测试不成功，如图11所示。终端在非业务区接入时获取IP地址失败如图12所示。

图11 终端在非业务区接入时的ping测试

图12 终端在非业务区接入时获取IP地址

5G业务接入区功能测试，验证了可通过配置不同切片限制区域接入访问。通过本次测试，验证了5G切片专线组网技术和数据配置方案的可落地实施，为5G终端访问用户内部固网侧站点提供了专线接入的固移协同解决方案，并利用5G切片设置测试了区域限制接入功能。测试结果说明了5G切片专线应用在业务接入时，可提供范围灵活选择和网络端到端个性化服务上的价值，为后续网络切片在5G固移组网场景中进一步提供丰富的网络能力应用奠定了基础。

图7 终端在业务区接入时核心网的消息记录

6 结束语

5G切片专线利用固移协同组网技术，通过切片标识与VLAN映射打通终端接入切片网络的端到端流程，实现5G接入访问用户固定站点、云内系统、多种接入类型站点互通等组网方式。

在5G切片应用上，结合各行业5G切片专线组网需求，现阶段以软切片的实现方式为主，通过无线网、承载网、核心网协同基于QoS机制的GBR/Non-GBR类5QI提供不同业务等级，通过逻辑隔离的方式按需提供端到端的差异化服务，较易实现。而网络切片要实现无线网专用、承载网FlexE通道、核心网5GC或部分5GC专用的端到端物理隔离，成本代价较高，还需结合用户实际业务场景的需求评估成本，按需提供。

5G网络切片以原生云超分布式架构为基础，5G切片专线组网在切片运营、专线搭建和开通、管理流程上，通过全领域自动化编排、配置，可以快速部署网络服务能力[7]。5G切片专线组网还可以利用边缘计算、雾计算等技术，进一步优化生产效率和制造成本，提升行业智能竞争力[8]。万物互联时代，基于D2D的网络接入可考虑在巨量终端场景应用[9]，而新兴的全息通信及工业自动化场景，还可进一步研究智能开放的6G技术，以适应多元化服务、异构网络的需求[10]。