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弄不懂 5G 网络切片?看看这篇就明白了(上)

弄不懂 5G 网络切片?看看这篇就明白了(上)

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  售卖网络切片,形成「切片 管道」的组合销售模式。因此,很多运营商把网络切片看得很重,甚至认为可以通过卖网络切片达到一夜暴富。

  比如可以跟大众用户在网络上隔离,走自己的专用公路;也可以基于切片来做简单网络维护;甚至可以通过切片,获得相对普通用户更有保障的 SLA。但这些价值的前提是运营商的网络管道能力能满足行业的需求。如果某种行业应用要求网络延迟在 15ms 以内,而运营商网络满足不了,即使把切片概念包装得再好也没有用。如果能满足这种基本能力,再通过切片概念包装一下,可以比单纯卖管道获得更好的效果。但值得注意的是,这种额外的收益肯定不是翻倍的。

  纯粹从技术上说,切片没有太多新的或者高级的技术。曾跟几位高校老师聊过这个问题,他们认为如果仅仅是切片相关的论文是很难刊登在顶级学术杂志上的,

  上档次的学术会议一般也不接受纯切片相关的议题。但 3GPP 也确实定义了一些绕口的名词或缩写,使得切片看起来有些复杂,比如 NSSAI、NSI、NSSI、NST、NSST、NSMF、CSMF 等。对此,我的理解是这都是表面功夫,本质上不过是对网络分层、模板/实例、用户标识等传统的 ICT 理念的再一次包装,属于「新瓶装旧酒」。

  从截至目前的情况来看,这三个价值点都是行业用户关注的。客户首先会关注 SLA,关注 5G 网络本身能否满足他们的通信需求。比如电网中有一个场景叫做「差动保护」,要求两个电力终端之间的通信延时要小于 15ms。在满足这个要求的前提下,他们才会考虑用 5G 网络。在确定使用 5G 网络的前提下,才会进一步关注后两个因素,即能够提供足够的隔离手段,使得行业本身的通信路径与运营商的其它客户(包括行业客户和大众客户)有效隔离。

  一般情况下,大的行业客户更希望有一个专用的网络通道,而不希望跟大众用户混在一起。在基于隔离的基础上,行业客户希望能够清晰地看到自己这个逻辑网络的运行状态,包括接入了多少终端、终端都分布在什么地方、每个终端的流量套餐信息、整个切片网络的逻辑拓扑、整体资源占用率等。

  对于隔离和自运维这两个价值点,个人认为是比较清楚的,前期接触的行业客户也都认可。在这里重点说一下 SLA 保障。

  对于 SLA 保障,我个人的观点是「在相同的公共网络上,通过软的技术手段为用户提供 SLA 保证服务,是不会成功的」。有几个关键点:

  对于 5G 标准定义的三个大场景 eMBB、uRLLC 和 mMTC,我认为是三个公共网络,而不是一个,因为它们的实现技术(尤其是无线侧的技术)不一样。这三个场景本身提供的 SLA 保障,比如低延迟、大规模海量终端接入,是有价值的。但是在每一个场景内部进一步细分,比如 eMBB 内部再做「高/中/低」的 SLA 区分,就属于在公共网络上提供 SLA 保证,就没有意义了。

  看起来有些偏激,但是确是个人十几年经验的一个总结。这个结论最开始主要针对的是 IP 网络,后来我把它推广到「所有的公共网络」。IP 协议定义了一个叫做 DiffServ 的框架(RFC 标准),用于在 IP 网络上实现差异化服务。就个人体验来说,DiffServ 这个框架是 IP 领域最抽象最难理解的,它定义了很多晦涩的概念,比如 PHB、DSCP、COS 等,尤其是 PHB、Per-Hop Behavior,我相信如果不是 IP 设备的开发人员,很难真正理解它的含义。

  就是因为 IP QoS 在实际中应用得少,几乎没有任何商业应用。我理解这可能是 IP 协议及统计复用本身机制的原因,导致这些 QoS 机制作用不大。因为 IP 协议的理念就是容错、重传、等待……同时又有突发传送、可变长度报文传送等机制。这些机制作用的结果,就把理论上很美好的 QoS 机制抵消了。当然,这个观点不一定对,希望后续能够看到不符合这个观点的成功实践。这里强调一下,我只是强调这些技术「没有产生明显的客户价值」、没有给客户带来规模收益,不是说这些技术没有被应用。在实际网络中,IP QoS 是有一些部署的,只不过没有产生作用而已,例如在 VoLTE 解决方案中,从回传网到核心网都部署了 IP QoS,但没什么作用。

  我认为 NSSAI 是 5G 切片相关的概念中最具有创新意义的一个。NSSAI 是多个 S-NSSAI 的集合,按照 3GPP 的定义,S-NSSAI 是一个 32 位的整数,可以进一步划分为两个部分:SD 和 SST,其中 SD 是 24 位,SST 则是 8 位。在 32 位计算机上,S-NSSAI 就是一个整数,非常好处理。

  SST 定义了切片网络的类型,比如 SST 是 1,则说明这个切片是 eMBB 切片;如果是 2,则是 uRLLC 切片;如果是 3,就是 mMTC,都是大家耳熟能详的 5

  按照 3GPP 的定义,一个终端最多可以同时带给 5G 网络 8 个 S-NSSAI,也就是可以同时接入 8 个切片,注意是同时接入。这不仅仅对手机的基带芯片提出要求(要处理 S-NSSAI),同时对传统的手机操作系统和应用程序等都有了新的要求。我理解,最大的要求,就是要求终端操作系统支持「多实例」的 IP 协议栈(Multiple Instance IP Stack)。

  传统的手机操作系统,一旦接入运营商网络,会虚拟出一个网络接口来,并在这个接口上配置由核心网分配的 IP 地址。当然,传统的手机可以通过多个 APN 方式,或者单个 APN 多 PDP Context 方式,同时激活多个连接(对应多个接口),每个接口上分配一个 IP 地址,但是这些接口上的 IP 地址,必须不同。如果相同,手机将拒绝接入网络。

  到了 5G 切片的场景,情况会有所不同。很多情况下,手机会同时接入多个切片。每个切片的 IP 地址,都可能独立分配,甚至不受运营商控制,由购买切片的企业分配。这样很大概率上,手机会出现 IP 地址冲突的情况。

  如果仍然沿用老的策略,出现 IP 地址冲突就拒绝接入,那运营商很可能会招到很多投诉。所以最好的方案,是允许手机上的不同接口的 IP 地址重复。

  这不是一个简单的改动,需要对操作系统内核的 IP 协议栈做重大改动,实现多实例化协议栈,一个切片对应一个 IP 协议栈实例。这有点类似于路由器上 VRF 的概念,但是更加复杂,因为还要考虑不同 APP 接入不同协议栈实例的问题。这又涉及到 BSD Socket API 的改动。现在还没看到很好的解决方案,持续观望中。

  NSSAI 和 S-NSSAI 是包含关系,一个 NSSAI 包含多个 S-NSSAI,前面这个 S 就是 Single 的意思。但大部分情况下不用较真,就说 NSSAI 即可,也很少有人会跟你较线GPP 细节非常熟悉的人,否则早就被看起来这么专业的名称给唬住了。

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