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5G网络ToB业务端到端切片网络开通/配置实战

原文期刊文章:
《5G 网络 ToB 业务端到端切片网络配置研究》
作者: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
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
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
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2BUPF。如图1所
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 5GSA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(Slice1ID,Slice2ID),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
(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
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_uegbhw,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
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:

无线参数配置如表2所示:

(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250Mbit/s,下载
1030Mbit/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76.60Mbit/s,终端2平均上传172.15Mbit/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359.58Mbit/s,终端2平均下载
703.23Mbit/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1030Mbit/s;终端2放在差点位置登陆FTP服务器做下载,下载速
率359.58Mbit/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216.32Mbit/s,终端2下载727.53Mbit/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1Ping服务器时延10.24ms,终端2ping服务器时延16.98ms;终端1登陆FTP服
务器,下载速率为1110.31Mbit/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2Ping服务
延9.22ms,终端1登陆FTP服务器下载速率231.16Mbit/s。设置RB预留后终端2ping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2CISIS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
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
影响。具体数据如图3所示。

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
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AMFSet,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)PDU会话建立
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PDUsessionEstablishmentAccept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AllowedNSSAI之一,PDU会话创建成功。
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5GToB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。