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面向5G承载的Flex-Slicing灵活切片

关键词:5G技术 无线接入网 5G承载网

时间:2018-09-26 11:16:16       来源:网络

1 需求概述

5G业务将呈现出多场景、差异化的特点,如移动上网业务聚焦带宽,自动驾驶业务需要低延时和高可靠性保障,物联网业务要支持巨大的连接数量。对此,5G的无线接入网和核心网都进行了功能重构,根据业务类型改变设备处理单元的物理部署位置,并通过切片在同一张物理网络上对不同类型业务构建独立的端到端逻辑网络。

同时5G是一个开放网络,可以提供面向垂直行业和租赁业务的应用需求,5G承载网是5G端到端业务路径的一部分,因而要求承载网络支持5G切片的业务隔离和独立运维需求,为不同类型的业务分配不同的承载网切片。

2 Flex-Slicing灵活切片

中兴通讯在业界首个向ITU-T提出了承载网网络切片的创新提案,全面地阐述了承载网网络切片的分层架构模型与控制面架构。

2.1 基于SDN的网络切片架构

承载网网络切片是通过对网络的拓扑资源(如链路、节点、端口等)进行虚拟化,按需组织形成多个虚拟网络vNet(即切片网络)。从整体架构上分为业务层、切片网络层、物理网络层,如图1所示。虚拟网络vNet具有类似物理网络的特征,包括独立的管理面、控制面和转发面,各虚拟网络之上可以独立支持各种业务,如 L2VPN、L3VPN等。

图1 基于SDN的承载网络切片架构

SDN实现了控制面和转发面的解耦,使得物理网络具有了开放、可编程特征,支持未来网络体系结构和业务的创新。借助SDN,控制面可将物理转发资源抽象成虚拟的设备节点、逻辑连接,并根据策略将这些虚拟资源进行分组管理,形成独立的逻辑切片vNet。

图1中的切片控制器vNet Hypervisor,是实现网络切片的一种特殊的SDN Controller,负责vNet虚拟资源到物理资源的映射、vNet创建管理。业务层的控制器vNet Controller是vNet资源的使用者,只能看到分配给自己的vNet资源,可以在自己的vNet上创建各种业务(如L2VPN、L3VPN),并负责业务生命周期控制。每个vNet对应一个独立的vNet Controller,支持vNet间控制面和管理面的隔离。Common Control Function是通用SDN控制器的主要组件,当不需要网络虚拟化时,此组件可直接控制物理网络。而SDNO负责 vNet Hypervisor上的切片编排策略、vNet的生命周期控制。

2.2 设备转发面切片技术

转发面可根据业务需求确定切片方式,可以采用软切片方案,如基于MPLS、SR、VxLAN的隧道技术,基于VPN、VLAN等的虚拟化技术;也可以采用硬切片方案,如FlexE、OTN、WDM技术等;也可以混合采用硬切片、软切片的方案,硬切片方式保证业务的隔离安全、低时延等需求,软切片方式支持业务的带宽复用。

除了转发面,同时对网元内部的计算、存储等资源进行切片,就形成了虚拟网元,我们称之为设备切片。虚拟网元具有类似物理网元的特征,包括独立的转发面、控制面、管理面。虚拟网元间支持独立的拓朴连接,支持CPU和内存资源的隔离、控制和配置通道的隔离,支持切片的独立部署和升级。

2.3 基于FlexE的硬切片技术

Flexible Ethernet (灵活以太网)可以实现基于PHY层的切片转发,提供刚性管道隔离,实现带宽灵活分配。而基于FlexE Cross-connection的FlexE Channel则将业务隔离从端口级扩展到网络级,可对不同业务实现端到端子信道隔离,为5G承载网络切片提供最佳转发面支撑。同时,基于FlexE Channel技术的保护倒换能做到1ms以内,把电信级保护提升到了工业控制级。针对uRLLC业务,采用基于FlexE Channel的硬切片技术,解决了波长穿通方案业务颗粒度过大、承载效率偏低的问题,以及软切片技术时延偏大、无法物理隔离的问题。

2.4 承载网与无线、核心网切片的协同

图2 承载网与无线、核心网切片的协同

对于5G业务端到端的网络分片,需要无线网络、核心网和承载网共同配合完成。可根据无线业务的隔离、时延等属性对承载网的切片进行定义;并根据实际情况,灵活选择业务端口、VLAN、IP的DSCP等进行RAN的业务和承载网的切片之间的映射。

RAN、核心网、承载网三者之间的协同通过基于SDN/NFV架构的切片编排器完成,如图2所示。其中,SDNO负责承载切片编排,并通过SDNC完成承载切片布署。而Global Orchestrator(GSO)完成无线和承载之间跨域的业务协调和编排, 可同时协调CN子切片管理(CN NSSMF)、RAN子切片管理(RAN NSSMF) 和承载网子切片管理(BN NSSMF), 从而实现5G业务的端到端切片,并通过各切片的不同功能属性满足5G业务的差异化需求。

3 中兴通讯率先发布支持5G端到端网络切片的实时编排器

中兴通讯推出业界首个电信级端到端5G网络切片,实现无线、固网、承载、核心网、大视频的端到端分钟级部署,实现虚拟资源和物理资源的统一编排,秒级弹性以及基于AI的智能运维。

在MWC 2018世界移动大会,中兴通讯发布并演示了业界首个实时编排的5G端到端网络切片。中兴通讯电信级DevOps Builder是全球首个可商用的电信级DevOps环境,可提供端到端的自动化网络切片运维。此次发布的电信级全产品端到端编排的网络切片,现场分别演示了eMBB大视频切片和uRLLC低时延切片,覆盖接入网、传输网和核心网全领域,如图3所示。

图3 端到端网络切片的组网

3.1 可定制端到端的切片时延场景

图4为8个机器人模拟工业控制的场景,机器人是以串行方式控制的。 第一个机器人接收到命令后,开始跳舞,并通过网络切片将此命令发送给第二个机器人,以此类推,因此最后的一个机器人的跳舞动作要比第一个机器人慢7倍的网络切片时延时间。 如图4左侧所示。

图4 可定制时延场景:机器人跳舞(千手观音)

控制器UI界面上的调音台分为整体时延控制Toolbar,和各NF详细参数调节Toolbar,分别适应不同层级客户的需求。先设置切片时延为100ms,此时能看机器人之间动作不同步,不整齐。 接着通过调音台设置切片时延为1ms,可以看到机器人间动作同步,整齐划一。 是因为接收到时延调整命令后,RAN、核心网和承载网对网络进行优化和重构。 RAN进行深度优化,以提供低时延保证;核心网将UPF功能下移到边缘DC,以尽量减少时延;承载网对传输路由进行调整,实现低时延业务的一跳直达。

通过调节整体Toolbar,不断缩小时延要求,机器人动作从不整齐向整齐过渡;或不断调大时延要求,机器人动作从整齐向千手观音效果过渡。

3.2 eMBB大视频端到端切片

在iPAD树上面的6个iPAD采用5G CPE方式接入,通过Front Haul接入到边缘DC,下面的6个iPAD采用PON方式接入,这两种都通过Back haul接入到中心DC,如图5所示。

图5 eMBB大视频切片组网

当有4个用户观看视频时,此时在DevOps Builder Screen能看到数据流量,业务正常。 当用户数量增加,系统自动检测并通过弹性切片安排更多的资源,如MANO发送增加带宽的命令给控制器,使得承载网络提供更大的带宽,来满足业务的需求。因而视频会有几秒显示马赛克,随后恢复正常。

在峰值时段,用户数量持续增加,达到网络的极限带宽,并且有4个iPAD观看相同视频源。系统检测到带宽不足,并产生告警。同时系统通过智能分析,触发CDN从中心DC下沉到edge DC。此时业务带宽降低,并且告警消失。视频会有几秒显示马赛克,随后恢复正常。

通过电信级DevOps Builder可进行切片的智能运维运营,根据网络现状和定制化KPI指标,可实现网络的智能调整和全面优化,实现端到端的资源协同,可为运营商提供快速、敏捷、精准的SLA网络服务,极大优化网络资源并提升资源利用率,满足5G时代复杂多样的网络需求。

作为全球领先的综合通信解决方案提供商,中兴通讯与各行业广泛开展合作,对5G核心技术进行测试评估,依托5G网络切片,推进5G创新,助力数字化转型。

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