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用户 体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 白皮书 用户体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 （ 2019） 用户 体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 白皮书 目录 1.切片 SLA/QoE 控制的总体挑战 . 6 1.1 什么是切片 SLA/QoE . 6 1.2 5G 切片与服务质量（ QoS） . 8 2 基于数据分析的切片 SLA 保障 . 9 2.1 业务 MOS 模型训练框架 . 10 2.2 切片 SLA 保障框架 . 11 2.2.1 切片 SLA 保障的两大问题 . 11 2.2.2 问题一的解决方案：切片 QoE 驱动的切片资源配置更新 . 14 2.2.3 问题二的解决方案：切片 QoE 驱动的 RAN 资源调度 . 15 3 切片服务保障带来的新商业机会 . 16 4 切片保障的标准产业策略 . 17 5 结论 . 18 6 术语 . 19 7 参考文献 . 21 用户 体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 白皮书 - 简介 个 人、组织和社会对信息交换和传输的需求日益增加， 驱动着 电信行业从 2G 时代的模拟电话 、 3G 时代的数字语音 发展 到 4G 时代的移动数据 通信 。在 5G 来临之际，数字化转型的趋势推动着信息通信技术和 垂直行业运营技术的融合，并给各行业领域带来了更多的业务增长机会。这要求下一代网络架构从 单纯的 人 与人之间的连接 延伸到 物与物之间的连接，从而 使能工厂、电站、仓库、医院、体育馆和机场等多种 场景中 机器类设备的通信。 随着 网络 连接和容量的大 幅 增加，给移动用户和行业客户提供网络即服务（ Network as a Service， NaaS）的新需求也随之而来。 这些 用户 对网络功能、业务灵活性 、 可扩展性、操作独立性和传输安全性方面有着定制化 需 求 。 在此背景下， 5G 引入了网络切片（ Network Slicing， NS）， 基于 共享的物理基础设施 为 不同行业提供定制化和专用的网络服务。 这改变了 4G 单一的 网络 模式 ，打造 支持功能定制、安全与资源隔离以及拓扑优化的 5G 网络 ， 从而 满足特定目标、特定服务类别甚至特定客户的需求 1。 网络切片服务 基于 一系列 切片 服务提供商（例如运营商）和切片客户（例如 采用切片承载 流媒体的内容提供商）约定的服务条款 ， 为 5G 用户，尤其是垂直 行业 的 5G 用户，提供高质量的切片服务。 服务 保障等级 协议（ Service Level Agreement， SLA） 是 针对所提供的服务类型 约定 的切片编排、服务区域 /时间以及 保障等级 的服务条款 ， 对 网络切片的商业模式和定价方 法 有 着 深刻 的影响 2。 图 1：网络切片现状 U P FP C FSM F P C FSMFU P FA MFA MFN E Fm IoT 切片UR LL C 切片网络切片新建核心网UE 运营商 租户NFNFNFNFNFNF NFNFNF网络切片管控平台e M T CUR LL C传输网接入网QoS 配置业务 Qo S初始配置切片 S LA/S LR分解用户 体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 白皮书 图 1 的 网络切片整体框架 显示 ，当前 5G 切片 的 服务管理 研究 主要集中在切片的创建和初始配置。为了使5G 切片 在整个生命周期 发挥良好作用， 我们 需要进一步 理解 如何获取、实现和管理切片 SLA，以提供切片用户所需 要的 通信 服务。 本文提出了一 套 保障 网络切片 SLA 的整体方 案 ，作为 切片 服务 运营 的基础。在第二章中，我们 从 用户的 角度解释了 SLA 的 含义 ，并分析了为什么 4G 时代的 QoS 机制不 足以 给切片 SLA 提供 足够 的保障。针对这一 问题 ，第三章 中引入 了一个闭环的 SLA 管理 框架 。该 框架 通过挖掘切片用户业务 体验 和网络参数的分析结果， 端到端 保障网络切片的服务交付。首先， 3.2.1 节 中 提出了切片 SLA 保障 中存在的突出问题， 并 分别在 3.2.2 和3.2.3 节中给出了相应的解决方案。在第四章中 我们 讨论了 切片 SLA 保障方案所带来的商业机会。第五章提供了相关的标准化进展和 产业发展 策略， 并在 最后一章给出了结论和建议。 1.切片 SLA/QoE 控制的总体挑战 在本章中，我们首先从应用服务提供商（ Application Service Provider， ASP） 和 切片租户的角度来理解切片 SLA 和切片 体验 质量（ Quality of Experience， QoE） 两个 概念，并分析 4G 时代 中 以 QoS 方法 来 保障切片 SLA 所 面临的主要挑战。 1.1 什么是切片 SLA/QoE 表 1 列出了 目 前 3GPP TS 28.5415规范中定义的切片 服务保障等级 要求 （ Service Level Requirement, SLR） 。 属性 描述和允许值 sNSSAIList 指示 待创建的新 网络切片实例 或者待重用的现有 网络切片实例 对应 的 S-NSSAI 列表。 pLMNIdList 指示 PLMN 标识列表。 用户 体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 白皮书 maxNumberofUEs 指示 网络切片实例 中可同时访问 的最大用户数。 coverageAreaTAList 指示 网络切片实例 的 覆盖区域，即 列表。 latency 指示 报文在 5G 网络的无线接入网（ Radio Access Network， RAN）、核心网（ Core Network， CN）和传输网（ Transmission Network， TN）传输的时延（毫秒 级 ），用于评估端到端网络切片实例的利用率。 uEMobilityLevel 指示 访问网络切片实例的 UE 的移动性等级。 resourceSharingLevel 指示 待分配给该网络切片实例的资源是否可以共享给另一个或多个网络切片实例。 表 1：租户 的切片 SLA 要求 切片 SLA 通常是 由切片管理器基于网络切片 的 KPI（如虚拟化资源利用率、网络及网络切片实例注册用户数、 5G 网络端到端时延、网络及网络切片实例上行 /下行吞吐量等）进行监控和评估。这意味着切片管理器本身就可以评估 切片服务 是否满足 所约定的 SLA 要求 。 此外，当无法保证切片 SLA 要求 时，切片管理器还 需要 定位问题是由切片的 哪个 子 域（如 核心网 、 无线接入 网 或 者 传输 网 ）引起的。 除了端到端的 SLA 保障， 5G 网络控制面 也要 开发相应的 功能 进行更加动态的、更细粒度 切片 QoE 级别 的监控和管理。虽然对切片 QoE 具体的定义 业界 尚未达成 明确的 共识，但我们建议 可以 从 对 切片服务 感受最直接的最终用户（即 ASP） 的 角度 来切入。总体上 说 ， ASP 依赖大量的 QoE 需求来衡量感知的服务质量， 这些需求包括但不限于： ASP 的网络 服务 区域； 用户 体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 白皮书 每 个 业务 的 平均意见分（ MOS）（即业务体验）； 用户业务 MOS 满足度百分比，如 90%的 用户达到或超过规定的业务 MOS 要求 。 为了获得平均的业务 MOS 和满足业务 MOS 的用户百分比， ASP 需要 综合 考虑 单个用户 业务 MOS 值 与主要 网络属性（如上传 /下载容量、抖动、允许的最大时延、网络可用性和专用业务特征等） 之间 的关系 ，并设计相应的 MOS 业务模型 。 通常业务 MOS 是由一个或多个对 用户体验影响最大的网络属性 主导 的 ，因此不同行业应用的业务 MOS 结构会存在显著区别 。 比如， 从游戏开发者 /发布者的角度来看，不同 种类的 游戏切片的的业务 MOS 设计也存在着 明显 差异 。 云游戏的用户体验 与 用户 所占用的 带宽 密切相关 ， 用户 数据速率 上 的限制通常会导致业务 MOS 分大幅下降； 多人游戏通常对时延 更佳 敏感。传输延迟 越低 ， 业务 MOS 分 越 高； 除了低时延和高可靠性外， 电子竞技 在其业务 MOS 模型中 需要 重点 考虑用户体验的一致性，以保证玩家之间的 公平竞争 。 请注意 ASP 作为网络切片价值链中的 应用 提供方 ， 他们 最关心 切片 服务体验 ， 因此 应该能 提供 最准确地QoE 评估 。此外，在大多数实际情况下， ASP 也基于 自己 对 业务逻辑 的深刻理解 ， 开发并广泛使用大量的 的业务 MOS 度量 工具和方法 。 我们认为 上述 ASP 的 QoE 要求是 切片用户的核心诉求，应作为 切片 SLA 要求 的 参考基线 。 相应的 ，切片QoE 要求和切片 QoE 统计（例如，平均业务 MOS）都是在切片 SLA 定义和 管 理中 需 要考虑的关键因素，应 被纳入未来的 SLA 保障框架 中 。 1.2 5G 切片与服务质量（ QoS） 有 一种观点 认为， 传统 的 4G QoS 及 其增强机制 也可以满足 5G 用户的 QoE 要求 ， 因此 运营商不一定依赖5G 切片技术来保障 行业应用的用户体验 。本节中，我们 先回顾 4G 的 QoS 设计原 理 ，并 揭示 其 中 一些基本 设计 局限 会 导致 4G 的 QoS 不能有效的 为 共存的切片 业务 分 配 网络资源 ，以及 适应切片业务的 动态变化 ， 从而 导致 5G 用户 的 SLA 要求 无法 得到 满足。 用户 体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 白皮书 首先， 4G 业务流 通过 配置的 业务 优先级调度网络资源（ 比如 无线资源） ， 高优先级的业务流比低优先级的业务流拥有更多的 网络 资源 调度机会，从而得到更多的 保障 。但是， 业务 优先级 只 是一个相对指标， 4G QoS 设计原则是：即使在严重的传输拥塞的情况下，也不会阻止低优先级的 QoS 流 占用资源。 比如 在 VoLTE 业务 进行过程中，数据业务依然可以进行 。换句话说，不同的 QoS 流之间共享无线资源，高优先级的流不能抢占低优先级的流的无线资源。因此， RAN 难以预留 足够的 无线资源来实现 高等级 切片 业务 所需的 QoE。 其次， 同一种通信业务在 4G 中 会分配相同的 业务 优先级 ，进而 调度 同 等数量的无线资源。 但是，不同的切片租户对同一种通信业务的保障要求是有差异的，而 4G 机制却无法相应的区别对待 。 例如，一个 普通的 5G 商户和一个 高优先级的 公共安全用户都 部署了 语音应用。在传统的 QoS 控制机制下，系统 会 为 这 两个语音应用分配相同的 5G QoS 指示符 （ 5G QoS Identifier， 5QI） ，平等对待这两个语音应用 。 这就 忽视了提供给公共安全用户的业务应该得到更多的 保障 ，尤其是在紧急情况和救灾场景中 应急语音通信更应该作为最高优先级业务来处理 。 最后， 业务 优先级是在 QoS 流建立阶段 分配 的全局静态参数。在 业务的 整个生命周期中， QoS 优先级 不会被修改，也不会根据服务的用户和流量的地理差异 调整 。在服务 的 用户、应用程序或底层无线 /传输 /核心网 发生动态变化时 ， 4G QoS 无法 及时 响应 并 进行 QoS 参数（比如 业务优先级 ） 调整 ，从而无法满足 ASP 的要求。 基于以上 分析， 我们 认为 4G QoS 远远不能满足 5G 用户对服务保障的需求， 5G 切片的 SLA 管理需要一个全新的设计 。 2 基于数据分析的 切片 SLA 保障 基于对切片业务中 用户 QoE 和 SLA 关键价值的理解， 为 保障切片业务的端到端交付， 本 章 提出了基于 用户体验 大 数据分析的 切片 SLA 保障 架构。 在这个框架中， ASP 生成准确的业务 MOS 值 ， 连同 业务 QoE 需求一起 提供给运营商 。 运营商 基于丰富的业务体验要求和评估数据，采用先进的 人工智能（ Artificial Intelligence， AI）和机器学习（ Machine Learning， ML）技术 来 实现切片 SLA 的 智能化保障 。 本文 所提出的 切片 SLA 保障 方案 包含 两个基础框架，即业务 MOS 模型训练框架和 切片 SLA 保障框架，分别在后面的小节中进行阐述。 用户 体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 白皮书 2.1 业务 MOS 模型训练框架 图 2：业务 MOS 模型训练框架 如图 2 所示，业务 的 MOS 模型（ Service MOS Model， SMM）可以通过 TS 23.501 3 和 TS 23.288 4 中定义的网络数据分析功能（ Network Data Analytics Function， NWDAF）对 ASP 的某个特定 业务 进行训练 得到 。 首先， NWDAF 作为 5G 系统 主要的数据采集点，接收并存储来自 ASP 或切片租户的业务 MOS 数据，以及 该 业务 对应的切片管理器和核心网 提供 的网络数据。 其中 切片管理器 提供 的 操作、管理和维护 （ Operation, Administration and Maintenance， OAM）数据包括 UE 级别的最小化路测（ Minimization of Drive Test，MDT）数据、网络功能（ Network Function， NF）性能测量数据和网络级 KPI 数据。从 5G 核心网输入的数据可以是 QoS 流级别、 UE 级别甚至是 业务 级别的非 OAM 数据。 切片租户业务 MOS 值 的引入 可以辅助运营商 直观、有效的 监控 切片 运行质量 ，因此在切片管理 /控制 过程中 起着至关重要的作用。理想情况下，垂直行业 /第三方感知的业务 MOS 需要 与 运营商的 QoE 拟合 分析 结果高度 一致 ，表明 切片服务 性能和 运维 成本之间 达到了 良好的平衡， 从而 实现 切片 服务提供商和 用户之间的 双 赢。 有了大量的业务 MOS 和网络数据， NWDAF 就能够利用先进的 AI/ML 算法对给定 业务 的 SMM 进行训练和建模 。 SMM 用 以表征 用户 业务 体验 MOS 值 与 切片网络中的 OAM 和 QoS 流数据 之间的 关系 ， 使得 运营商基于网络 管理和控制 数据 拟合用户的 业务 体验 ，可视化 的监测 切片运行质量， 辅助 切片配置 更新 和控制 管理 。 5G 核心网切片管理器NWDAFA M F 切片 1切片 2P C F/ S M FP C F/ S M F应用服务提供商业务 M OS数据采集业务 M O S建模Qo S 流数据OAM 数据5 G 接入网用户 体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 白皮书 由于行业和切片用户的 运作 和业务模式 存在很大差异 ， 不同行业应用的 SMM 可能截然不同 。因此每个切片 租户 的 SMM 需要 进行 针对性的 训练和 验证 ，以捕捉影响切片服务 质量 的 关键网络 特征 。在动态的商业环境中， SMM 本身 可能会随着时间的推移而变化，或者在不同的 切片 服务区域 产生差异 。因此，它需要通过切片租户和 网络不断 提供 的用户体验数据和 网络 管理 /控制参数 来 训练 和强化 ， 以 保证模型 的泛化能力 和长期的适用性 。 2.2 切片 SLA 保障框架 虽然切片资源在 服务 创建 阶段 进行了很好的规划，但 仅仅这些还 不 能 保证 切片 服务 在整个生命周期中始终得 到良好的 保障 。无线链路状况变化、业务负载地理上不对称和切片用户的 动态分布 等因素 都可能导致切片 QoE的波动。因此，只有在 切片 运行过程中对接入网、 核心网 和 传输网 等 切片子域进行持续的 监督 和控制，才能 有效的 保障 SLA。 由于 NFV/SDN 技术的广泛应用， 5G 核心网和传输网 资源 通常 通过 虚拟化 手段 分配 给 特定 切片 服务 ， 而且这些资源在切片运行过程中 也 易于优化。 然而 ，无线接入网通常以共享的形式进行分配 无线频谱或物理资源块PRB， 是 造成 切片 SLA 控制的 主要 瓶颈。 当 很多切片运行在运营商的 同一个 频谱上，很少有行业 客户 能独享 所有 频谱资源。 在 不影响其他切片的前提下， 分配适量的无线频谱或调度 PRB 以满足特定切片的 SLA 是 极具 挑战性的 开放课题 。 本章 中我们 提出 切片 SLA 保障的 两个突出 问题， 并 给出 了相应的解决方案，即通过有效 的 切片用户体验 数据 分析 ， 来 优化 切片资源 配置以及切片空口资源调度 。 2.2.1 切片 SLA 保障的两 大 问题 问题一 ：切片管理器如何更新切片资源配置 用户 体验驱动的 5G 切片 SLA 保障 白皮书 图 3： 基于 SLA 要求的 切片 初始 配置 如图 3 所示，假设 网络中 有一个签署了 SLA 的切片 （即 为现有切片 ） 正在服务中 ， 现在 出现了 一个新建切片 需求 ， 为了让运营商正确地设计和发起 该切片 服务 ， 新建切片的 ASP 需要向切片管理器提供一套租户 SLA 要求 （如表 1 所定义）。 并由运营商的切片管理器评估、确认 新建 切片的上线 不能 影响现有切片的 SLA 保障 。 通过 解析 SLA 要求 ， 切片管理器得以 了解满足 这些 特定要求所需的网络功能 和 每个 切片子 域（即 RAN、 CN 和TN）的资源配置，并将资源配置映射到相应的 5G 基础设施 上 。 目前 3GPP SA5 工作组负责 切片管理器 相关的接口和流程 定义 。 切片管理器 通常 给 新建切片 配置 资源范围 通常比较大，例如给 RAN 子域分配资源范围为【 15%70%】 。如图 4 所示，在 新建 切片创建阶段，切片管理器为新切片的 RAN 子域初始配置了保证切片无线资源（ Guaranteed Slice Radio Resource， GSRR）和最大切片无线资源（ Maximum Slice Radio Resource， MSRR），注意 GSRR 以及 MSRR 与每 QoS 流的保证流比特率（ Guaranteed Flow Bit Rate， GFBR）和最大流比特率（ Maximum Flow Bit Rate， MFBR）类似。 说明： GSRR 表示给新 建 切片保证的无线资源， 即 如果新建切片需要 GSRR 以内 的无线资源，一定可以得到保障；而 MSRR 则对该切片能消耗的无线资源设置上限，以避免过多的无线资源消耗。因此， 该 问题的 关键是要得出合理的 GSRR 和 MSRR 来保持整体切片 SLA 要求 ，同时 避免 在运行期间 切片 QoE 受到影响 。 接入网 配置 核心 网 配置5G 核心网切片管理器NWDAFA M F 新建切片现有切片PC F / S M FPC F / S M F应用服务提供商5 G 接入网租户 S L A 要求切片资源- 现有切片 A G S R R ： 10% MS R R ： 50%- 新建切片 B G S RR ： 15% MS R R ： 70%