5G 网络ToB 业务端到端切片网络配置研究

［段树侠 米洪伟］

1 引言

5G 时代垂直行业丰富的行业应用，对网络功能及性能提出了不同于2C 的要求，希望获取更多的网络及用户管理能力。ToB 业务的典型需求包括灵活的子管理自服务、业务隔离、生产不中断、数据不出园区、低时延、高上行、特殊覆盖等，这些需求对5G 移动网络的能力、敏捷性、网络隔离、可靠性、运维能力、开放性等方面提出了更高的要求。

为了满足5G 网络服务与成本效益的平衡，5G 网络切片通过灵活的资源调度组合，为不同用户提供差异化的SLA 保障，通过切片的独立运营运维能力，帮助用户实现业务的独立管理。

通过5G 网络切片可以在同一个硬件基础设施切分出多个虚拟的网络，按业务能力需求灵活分配资源。当新需求提出而目前网络无法满足要求时，只需要为此需求虚拟出一张新的切片网络，而不需要影响已有的切片网络，以最快速度上线业务。

2 5G 网络切片现状

2.1 5G 网络切片现状

河北联通5G SA 核心网控制面及管理面相关网元在山东省内部署，用户面网元则在河北省内部署，其中2B业务UPF 基于业务需求下下沉至地市或企业园区，本项目测试地点雄安，已部署1 套2B UPF。如图1 所示。本项目基于2B 物联网卡进行业务测试，测试阶段，因切片管理相关网元CSCF/NSMF 在部署阶段，端到端的网络切片暂通过手工配置完成。

图1 5G SA 网络架构

3 端到端切片测试方案及预期效果

3.1 业务场景及测试方案

端到端切片测试的业务场景为VR 超高清视频回传，无线采用RB 资源预留方式，传输采用FlexE 方式，核心网在雄安本地2B UPF 基于专属DNN 关联专属切片进行业务保障。为了方便测试结果呈现，在实际测试中，通过仿真工具接入终端模拟。测试方案如图2 所示：

图2 切片业务设计

（1）核心网：两类用户，签约不同的切片ID（Slice1 ID，Slice2 ID），其中切片1为默认切片，切片1为保障切片，共享UPF；

（2）传输网：采用不同FlexE，FlexE1 为默认切片，FlexE2 为保障切片；

（3）无线网：针对切片2 采用RB 预留。

3.2 测试预期效果

通过测试仪从无线空口侧灌包，模拟5G 的背景流量（5QI=4），人为制造空口侧的拥塞，预期测试效果如下：

（1）终端1：由于普通体验没有业务优先保障，业务体验差；

（2）终端2：由于有业务优先保障，业务体验优。

4 切片配置及开通

4.1 切片数据配置

切片信息配置如下：

（1）新增切片ID，配置信息为:SST:1/SD:XXC000/5QI:4。

（2）申请测试卡5 张，其中3 张签约默认切片ID，2 张签约新增切片ID（保障切片）。

（3）新增测试卡签约DNN：hexaqp1.xxxx.jniot。

（4）终端通过NR 接入到济南物网AMF，AMF 通过与广州或南京UDM 交互，获取到此用户签约的切片ID，并通过无线基站下发到终端；

（5）终端根据签约对应的S-NSSAI 并随信令发送到济南的SMF，SMF 根据此终端的DNN、TAC、切片ID选择雄安本地物网UPF；gNB 根据不同切片ID 分配不同资源。

注：雄安本地物网UPF 网元名称：sd_he_xa_ueg_b_hw，N4地址：2408:XXXX:A0F0:XXXX::1。

4.2 切片开通大区配合工作

（1）山东大区物网AMF/物网SMF/人网NSSF 网元增加新增切片ID 的相关数据。

①大区物网NSSF 新增网络配置切片ID，基于新增切片ID 选择物网AMF 集合。

② 物网AMF 配置服务PLMN 下支持的切片，根据切片和DNN 选择SMF。

③物网SMF 配置服务PLMN 下支持的切片及配置部署SMF 支持的切片信息，依据TAC、DNN、切片ID 选择雄安本地UPF。

（2）广州或南京物网UDM/PCF 数据配置，将现有的5 张物联网卡签约DNN：hexaqp1.5gsd.jniot。其中2 张签约保障切片ID，3 张签约默认切片ID。

（3）本地UPF 增加新增切片ID 数据配置。

4.3 子域切片配置

（1）无线参数配置

QoS 模板设计如表1 所示：

表1 QoS 模板设计表

无线参数配置如表2 所示：

表2 无线参数配置表

（2）核心网参数配置

核心网参数配置如表3 所示：

（3）承载网参数配置：

按照现网测试环境搭建组网图，接入环使用50GE，核心汇聚环使用100GE，均使用Flex-E接口互联；5G 基站和5G 核心网分别接入MAR和MCR。

在MAR 和MCR 之间部署2C/2B 两个VPN，分别绑定不同VLAN 子接口接入，VLAN根据基站与核心网数据流量规划（可参考，2C：2B 默认切片：2B 保障切片按照70：20：10划分切片带宽）。

5 测试结果

5.1 无线网切片测试结果

5.1.1 资源预留功能测试

（1）终端1 接入小区并且在好点位置停留，登陆FTP 服务器，做上传下载，上传250 Mbit/s，下载1 030 Mbit/s。

（2）设置最小30%，最大70%的RB 预留后，终端1 和终端2 分别接入切片1（默认）和切片2（保障）。终端1 和终端2 登录FTP 上传，终端1 平均上传76.60 Mbit/s，终端2平均上传172.15 Mbit/s；终端1速率占比30.64%，终端2速率占比68.86%；切片生效，符合预期。

（3）终端1 登录FTP 下载，终端2 登录FTP下载：终端1 平均下载359.58 Mbit/s，终端2 平均下载703.23 Mbit/s；终端1速率占比29.74%，终端2 速率占比68.27%，符合预期。

5.1.2 切片场景RB 资源预留情况下对eMBB 性能有增益

（1）终端1、终端2分别接入切片1（默认）和切片2（保障），切片2 不配置RB 资源预留。终端1 在好点位置登陆FTP 服务器做下载：下载速率1 030 Mbit/s；终端2 放在差点位置登陆FTP 服务器做下载，下载359.58 Mbit/s。

（2）切片2 设置最大最小均为80%的RB 资源预留后，终端1 放在好点，终端2 放在远点，登录FTP 下载：终端1 下载216.32 Mbit/s，终端2 下载727.53 Mbit/s；终端1 占整体资源22.91%；终端2 速率增益明显，说明切片场景RB 资源预留情况下对eMBB 性能有增益，保障用户不受默认用户的业务影响。

5.1.3 切片场景RB 资源预留情况下对时延性能有增益

（1）终端1、终端2 分别接入切片1（默认）和切片2（保障），切片2 不配置RB 资源预留。终端1 放在好点，终端2 放在远点，终端1 Ping 服务器时延10.24 ms，终端2 ping 服务器时延16.98 ms；终端1 登陆FTP 服务器，下载速率为1 110.31 Mbit/s。

（2）切片2设置最大最小均为80%的RB资源预留后，终端1 放在好点，终端2 放在远点，终端2 Ping 服务器时延9.22 ms，终端1登陆FTP服务器下载速率231.16 Mbit/s。设置RB 预留后终端2 ping 时延有增益，终端1 下载速率约为设置前的23%。说明说明切片场景RB 资源预留情况下对保障用户的时延性能有增益，保障用户的时延不受默认用户业务影响。

5.2 承载网切片测试结果

5.2.1 承载网切片部署验证

承载网切片Flex-E 部署验证主要内容如下：

（1）2C、2B 默认、2B 保障切片的FLEX-E 接口UP，接口带宽可以按照规划成功划分。

（2）各网元FlexE 接口的2B 和2C ISIS 邻居状态up，能正确学习到其他网元的Locator 和Loopback 地址。

（3）各网元查看5G_RAN 和5G_RAN_VIP 的VPN私网路由，出接口分别对应2C/2B 分片的FlexE 接口上，SRv6-BE 隧道状态正常。

（4）所有流量均在各自的分片内转发，且分片内流量的突发对其他分片内流量的带宽、时延和抖动无任何影响。

具体数据如图3 所示。

图3 承载网Flex-E 切片部署观测数据

5.2.2 5G 承载网切片隔离效果验证

（1）使用测试工具对2C 切片打持续的背景流，背景流队列和被测业务同一队列(AF2 队列)，观察2C/2B 切片和专享被测流量，2C 切片的被测流量SLA 受到影响，时延丢包都有增长。并且2B 和专享切片业务不受任何影响（业务无丢包，时延和抖动无明显变化）。

（2）使用测试工具对2B 切片打持续的背景流，背景流队列为AF2 队列，被测业务为EF 队列，观察2B 切片和专享被测流量，2B 切片的EF 队列流量SLA 不受影响，专享切片业务不受任何影响（业务无丢包，时延和抖动无明显变化）。

（3）调整2B 切片的背景流流量为EF 队列，观察2B切片和专享被测流量。2B 切片的EF 队列流量SLA 受到影响，专享切片业务不受任何影响。

5.3 核心网切片测试结果

（1）切片注册流程跟踪

经验证，初始注册流程，UE 携带requested NSSAI，终端显示已在5G 网络注册成功。检查消息跟踪，AMF 向UE 发送了Registration Accept 消息，消息中包括AMF 分配的5G-GUTI、Allowed NSSAI 等信息。

UE 开机，触发初始注册流程，初始AMF 不支持UE requested NSSAI 的场景下，基站将初始注册消息发给default AMF 之后，default AMF 经过鉴权，取签约切片信息之后，判断本AMF 不能支持UE 请求的切片和签约切片的交集，于是向NSSF 发起切片查询请求，NSSF 返回支持该UE 请求切片的AMF Set，并采用AMF 直接重定向方式把NAS 消息发给目标AMF 完成注册流程，终端显示已在5G 网络注册成功。

（2）PDUUI 建立

经验证，新建PDU 会话不携带NSSAI，能够创建PDU 会话成功。UE 新建PDU 会话进行业务，在PDU 会话激活请求消息中不携带Requested NSSAI。检查流程涉及接口的服务消息和参数信息，AMF 向UE 发送了PDU session Establishment Accept消息，消息中包含了此次PDU会话激活使用的S-NSSAI，是注册流程中网络给UE 分配的Allowed NSSAI 之一，PDU 回话创建成功。

6 小结

通过雄安5G 实验切片的实施，对5G 无线、5G 核心网、传输、MEC 等网络单元进行端到端硬切片的应用测试验证，结果表明为5G ToB 用户提供端到端专网切片服务，可以充分保障用户的带宽及时延要求，提供差异化的SLA 保障，同时本实验完成了切片业务专用的端到端5G 链路，可以保障数据的隔离，充分实现了网络安全保障，为5G 网络切片的市场推广积累了实践基础及部署经验。