工业互联网中5G切片技术分析
发布时间：2022-10-10 10:33:16 所属栏目：移动 来源：
导读： 摘 要：尽管3GPP定义了涵盖了全行业全业务的5G三大场景，但实际中行业客户还有更深层次和更细致的诉求。面对工业互联网的要求，5G核心网络有三大关键技术特点：边缘计算、网络切片和能力开放。本文旨在研究5G切片
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摘 要：尽管3GPP定义了涵盖了全行业全业务的5G三大场景，但实际中行业客户还有更深层次和更细致的诉求。面对工业互联网的要求，5G核心网络有三大关键技术特点：边缘计算、网络切片和能力开放。本文旨在研究5G切片技术在工业互联网中的应用。 关键字：工业互联网、5G切片 前言 工业互联网是指融合基础科学、工业、信息技术、互联网等领域的综合优势，促进工业化和信息化融合带动工业竞争力的整体提升[5]。工业互联网是网络，实现各个系统之间的联接；工业互联网是平台，实现海量工业数据的继承、处理和分析；工业互联网是新模式新业态，实现智能化生产和服务化延伸。为满足工业智能化发展需求，工业互联网迫切需要具有低时延、高可靠、广覆盖特点的网络基础设施，而5G网络将满足以上需求。而作为关键技术之一的网络切片，如何部署和应用，值得我们研究。 1 网络切片的基本概念 网络切片是指通过端到端的切片技术来满足专用网络的诉求。根据工业互联网的特定需求，从一张物理网络中，“切”出多个独立的、虚拟的、具备端到端服务质量保障的逻辑子网络，同时网络能力还能开放给客户。简而言之，网络切片要切得快、细、准。[4] 对于工业企业而言，网络切片主要体现三大功能。资源隔离保障了不同业务环节以及工厂内外部的数据安全与独立；功能定制指降成本，但是仍可满足不同环节和场景的特定需求；质量保障指工业互联网将提供高可靠的应用。专属网络，工业互联网对网络隔离、资源隔离和数据安全等要求非常严格，要求构建专属网络，即数据不出园区，并且做到公网专用。 2 网络切片管理方案分析 5G 2C切片是指运营商提供的面向公众用户的大网切片，5G 2B切片是指面向政企提供的切片，如工作、电网、车联网、医疗、银行等等。而工业互联网属于5G 2B行业，2B切片的大区部署建议部署多级NSMF，NSMF对接多个NSSMF[1]，实现跨大区核心网子切片的设计和部署，同时NSSMF负责各自大区核心网子切片的设计和部署。跨大区切片部署方案，集团NSMF负责端到端的大区切片开通，传递切片参数到大区NSMF，大区NSMF负责各大区切片开通。建议2B切片按省份建设，根据行业、端到端服务质量保障（SLA）需求[2]、成本等进行切片的实例部署，个数不限。可以按照隔离需求、行业需求或者其他SLA需求进行部署。需要与2C同时接入的2B切片，需要与2C切片共享AMF。 2C和2B网络共享切片管理系统，加速业务创新和推广。在网络规划阶段，2C/2B切片标识统一规划，避免冲突；相同业务的切片模板集中设计一次；节省人力，各省份按需下载切片模板，快速部署业务；集中切片管理系统，能使省份创新成果共享并且加快业务创和推广。初期，可暂时用厂家管理系统快速开展业务，抢占市场；后期逐步完成工业企业标准，替换厂家切片管理系统，实现集中管理。 3 网络切片部署方案 3.1 eMBB切片部署方案 对于工业企业而言，基于eMBB的场景面向企业提供大带宽，通过高清视频实现对变电站监测、应急现场的实时监控等，通常需要10M级别的带宽。在组网方面，要求面向人的2B切片，AMF/UDM/PCF等与2C切片共享；面向物的2B切片，AMF/UDM/PCF等与2C切片分离。通用行业的2B切片可共享AMF/UDM/PCF等，UPF根据行业或SLA需求叠加新的切片，不同行业可以共享或独立部署切片。高安全性工业企业的2B eMBB切片独立部署AMF/UDM/PCF等。 3.2 mMTC场景切片部署方案 基于mMTC场景适用于海量连接和室内定位等，包括穿戴设备、家庭监控、智能表、门禁、室内定位等。mMTC类业务可按大区或者按省份部署实例，AMF/SMF/UPF可以部署在大区。海量连接的场景通常适用于面向物联网设备，这些设备通常要求低隔离度、低成本，提供类似4G的大众化普通物联网业务，那么一个实例可承载多钟物联网业务，同时物联网卡数据、策略数据可集中管理。部署方案可以采取按省份部署物联切片实例，大区内省份共享UDM/UDR/AUSF/PCF。 3.3 uRLLC场景切片部署方案 基于uRLLC场景适用于超低时延业务，时延通常要求1-10ms，包括工业机械远程控制、工业智能制造、电网差动保护等。组网方面，要求UPF下沉靠近终端侧，部署在边缘DC，位置在市、县区升值工业园区等。对于安全性的要求高，可以独立部署AMF/PCF/UDM等网元。uRLLC切片有时需要与其他场景切片协同工作，如有的工业场景既需要低时延也需要高带宽。组网有两种方式，方式一：构建两个全独立的切片，双UE、双核心网；方式二：同一个UE同时接入多个切片，核心网共享AMF/UDM等，对UE和基站要求较高，需要支持多切片同时接入。 4 网络切片关键参数SLA的设计 在工业互联网的切片部署中，切片服务等级保障SLA（ServiceLevel Agreemen）[3]作为关键参数十分重要。SLA是切片服务供应商向切片用户提供的切片服务质量的保障内容，包括一些通信服务的质量属性，比如接入用户数、速率、时延、安全性等等，切片用户将会依据这些SLA参数指标设计不同的网络切片，满足行业需求， 根据切片SLA参数的重要性，可以进一步精简为关注四个重要参数：切片类型、覆盖区域、安全隔离和时延。 5 切片技术实现的组网方案 网络切片技术不仅带来工业互联网领域场景部署的改变，还会带来网络结构方面的变化。未来低时延应用要求下沉式部署，相互之间直接交互信息，在这种情况下有些功能网元就要下沉，才能保证较短的时延。有四种模式可供选择，各有优缺点，可以灵活按需选择。 模式一，仅下沉UPF。SMF和UPF如果是异厂家对接，需要标准化、简化N4接口，边缘DC可不进行虚拟化改造。没有特殊要求，可以和4G网络进行互通；需要考虑厂家之间解耦进行N4接口的互通。在计费方面，N4接口拉远，对于UPF上报数据给UPF有一定影响，但是由于上报频率不高，时延是毫秒级别5g技术分析，在可接受范围内。控制面集中维护，用户面由省内自行维护。 模式二，SMF和UPF一起下沉。那么中心DC和边缘DC同厂家或者异厂家均可以，同时终端可以访问2C网络，边缘DC需要进行虚拟化改造。如果要与现网4G网络互通，需要增加S5接口；SMF和UPF可以融合部署，类似4G的SAE-GW，无需考虑解耦。在计费方面，N4接口拉远，上报频率不高，时延是毫秒级别，在可接受范围内。核心DC网元集中维护，SMF和UPF在省内进行维护。 模式三，AMF、SMF和UPF一起下沉。中心DC和边缘DC同厂家或者异厂家均可以，终端不需要访问2C网络，边缘DC需要进行虚拟化改造。如果要与现网4G网络互通，需要增加N26和S5接口；SMF和UPF可以融合部署，无需考虑解耦。在计费方面，时延是毫秒级别，在可接受范围内。核心DC网元集中维护，AMF、SMF和UPF在省内进行维护。 模式四，5G的核心网所有网元整体下沉。这样的场景适合行业大客户，全封闭，与2C网络无关联，边缘DC需要进行虚拟化改造。需要增加N26和S5接口和4G网络互通；要与核心DC的5GC进行漫游模式互通。计费可以连接到大网，也可以独自开通BOSS。维护方面，可以独立维护也可以分省维护。 四种模式匹配不同的工业互联网应用场景，一处试点成熟，可以进行全网快速复制。 结束语 从5G在工业互联网领域业务应用来看，将从eMBB向mMTC和uRLLC逐步延伸，未来5G在工业标准方面将有可能争取到话语权，颠覆工业控制和部分产品形态。在工业互联网应用中，将从5G的无线连接技术向5G边缘计算、网络切片、能力开放等逐步延伸，而网络切片技术必将成为工业互联网中必须要面对和解决的问题，可以按需求方的需求灵活地提供一种或多种网络服务。网络切片不仅是一种技术，同时也会带来新的商业模式，形成运营商与企业合作多赢的局面，一起共创数字化智能社会。 参考文献 [1]3GPP TS 23.501 V15.2.0. System Architecture for the 5G System [2]3GPP TS23.502 V15.2.0. Procedures for the 5G System [3]3GPP TS23.503V15.2.0. Policy and Charging Control Framework for the 5G System [4]刘洋,安岗.工业互联网融合5G网络切片技术演进发展浅析.信息通信技术,2019,13. [5]吴冬升.5G由浅入深赋能工业互联.通信世界,2019,25. 作者简介 钟橙：中通服咨询设计研究院有限公司 移动通信规划设计院 通信咨询设计中心 高级工程师 张燕：中通服咨询设计研究院有限公司 移动通信规划设计院 通信咨询设计中心 教授级高级工程师 唐怀坤：中通服咨询设计研究院有限公司 数字城市智慧研究院 高级经济师 中通服咨询设计研究院有限公司是致力于通信、建筑、信息化、电力、节能环保的咨询、设计、研究与实施的国家级重点高新技术企业，是全国最早推进数字中国“咨询+EPC”业务的国企之一，综合实力持续位居全国同行业前列，拥有智慧南京、智慧前海、贵阳数博大道、智慧茅台、深圳会展中心、贵州黔北现代物流新城、深圳数字政府、江苏通湖智慧物流园等上百项国内外各级智慧类“咨询+EPC”建设案例。 若您对本文内容感兴趣，中通服设计院非常愿意与您进一步交流探讨。 （编辑：PHP编程网 - 金华站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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