1、网络切片&边缘计算培训2019年7月第一部分网络切片第二部分边缘计算目录网络切片的概念及价值网络切片的规范网络切片实现的核心技术一、网络切片的理解（1/2）网络切片（NS Network Slicing）提供特定网络能力的、端到端的逻辑专用网络。一个网络切片实例是由网络功能和所需的物理/虚拟资源的集合，具体可包括接入网、核心网、传输承载网及应用。IT技术的不断发展SDN；NFV。业务场景的复杂性人与人；人与物;物与物。用户需求的多样性实时性、安全性、可靠性等保障；策略控制的智能选择。如何支持传统“竖井式”网络体系架构垂直集成的网元节点提供了网络所有功能，并支持后向兼容性与互操作性；不支持网络的2、灵活与动态扩展。催生网络切片能够在一个通用的物理平台之上构建多个专用的、虚拟化的、互相隔离的逻辑网络，来满足不同客户对网络能力的不同要求。数字化加速社会创新新业务需求和场景不断涌现标准定义支撑三大场景多种业务场景催生 5G使能全社会数字化、跃升个人数字化体验，肩负着社会数字化转型的历史使命，面对社会数字化转型，面对复杂场景需求，网络切片已经成为是5G的核心能力。面对复杂场景需求网络切片已成为5G的核心能力一、网络切片的价值（2/2）二、网络切片的相关规范（1/6）3GPP TS 23.002网络架构3GPP TS 23.401EPS 架构：3GPP 接入3GPP TS 23.402EPS 架构3、：非 3GPP 接入3GPP TS 23.5015G 系统架构3GPP TS 23.5025G 系统流程3GPP TS 23.5035G 系统策略和计费控制架构3GPP TS 28.530管理编排：概念，应用场景和需求3GPP TS 28.531管理编排：管理3GPP TS 28.532管理编排：通用管理服务3GPP TS 28.533管理编排：架构3GPP TS 28.541管理编排：5G 网络资源模型https:/www.etsi.org/https:/www.3gpp.org/ETSI GS NFV-IFA 010网络功能虚拟化（NFV）;管理和编排;功能要求规范ETSI GS NFV-4、IFA 011网络功能虚拟化（NFV）;管理和编排;虚拟化网络功能包装规范ETSI GS NFV-IFA 012网络功能虚拟化（NFV）;管理和编排;网络服务模板规范ETSI GS NFV-IFA 014网络功能虚拟化（NFV）;管理和编排;网络服务描述ETSI GS NFV-IFA 002网络功能虚拟化（NFV）;构建框架ETSI GS NFV-IFA 002网络功能虚拟化（NFV）;NFV主要概念欧 洲 电 信 标 准 化 协 会（ETSI）(EuropeanTelecommunications Standards Institute)是由欧共体委员会1988年批准建立的一个非营利性的电信5、标准化组织。3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划，最初的目标是为了制定3G技术规范。其制定的3G、4G、5G技术规范现在都成了全球通用的标准。二、基于SBA的5G核心网架构（2/6）5G核心网架构进行了重构，各网元被划分为更加轻量级的网络功能(NFs，network functions)模块，每个 NF 只负责单一的网络功能，它们相互隔离，可独立进行开发、演进和部署，不同的NF之间通过API(application interface)接口进行通信。服务化架构特点：网络功能解耦和模块化NF服务独立升级，可编排服务化接口网络服务对外开放网络功能6、按需组合和部署新业务快速开通基于服务化的5G核心网架构5G NF全名主要功能对标EPC网元AMF接入和移动性管理功能注册/连接/可达性/移动性管理NAS加密和完整性保护MMESMF会话管理功能会话管理IP地址分配及管理UPF的选择和控制计费触发PGW-CUPF用户平面功能移动性锚点到外部DN的连接点流量使用情况报告PGW-UUDM统一数据管理签约信息管理基于签约数据的接入授权HSSPCF策略控制功能控制面策略规则管理PCRFAUSF鉴权服务器功能实现鉴权功能AUCNSSF网络切片选择功能网络切片实例选择决定下发给UE的AllowedNSSAI决定UE的服务AMF新增NFNRF网络功能信息库支持7、服务发现功能维护NF注册的服务信息新增NFNEF网络开放功能网络能力及事件开放内部/外部信息转换PFD信息管理新增NF准备阶段准备阶段：这个阶段不存在网络切片实例，准备阶段包括网络切片模板的设计、装载、网络切片需求评估、网络环境准备以及其他创建NSI（Network Slice Instance）的必要条件。试运阶段：试运阶段：该阶段的关键是创建NSI实例，创建过程中所需资源与配置都能满足网络切片的需求。NSI的创建过程包括创建和修改两部分功能。执行阶段：执行阶段：执行阶段包括NSI激活、监控、性能报告、修改以及实例钝化休眠等：1.激活功能：包括NSI的激活以及会话服务的支撑工作；2.修改功能8、：NSI的修改会涉及几个流程：能力的改变、拓扑的改变等。这项修改包括NSI的创建及参数的修改，NSI实例的修改能通过 接受新的网络切片的请求或者根据NSI监控/反馈的性能报告进行触发；3.停用功能：包括使NSI处于非活动状态并停止提供通信服务的任何操作；4.操作阶段：网络片配置涉及NSI的激活，修改和去激活。停运阶段：停运阶段：网络片配置包括以下内容：如果需要，退出非共享组件并从共享组件中删除NSI特定配置。并且NSI终止并且不再存在。网络切片的管理流程二、网络切片的生命周期（3/6）切片/业务类型SST 取值特征eMBB(enhanced Mobile Broadband)1切片适用于处理 9、5G 增强型移动宽带，不限于一般消费空间移动宽带应用，包括高质量视频流、快速大文件传输等URLLC(ultra-reliable low latency communications)2支持用于包括工业自动化（远程）控制系统在内的高可靠低时延通信MIoT(massive IoT)3支持大量和高密度的物联网设备目前，核心网 TS23.501 定义了三种标准的切片业务（SST），支持跨PLMN服务；UE和网络之间的信令消息中发送的允许和请求的NSSAI中最多可以有8个S-NSSAI。二、标准化网络切片（4/6）网络切片由S-NSSAI（Single Network Slice Selection 10、Assistance Information 网络切片选择辅助信息）标识，该信息进一步包括两部分信息：Slice Service Type(SST)，表示对应切片特征和业务期待的网络切片行为；Slice Differentiator(SD)，可选，对SST的补充，进一步区分相同SST的多个切片。CSMF：聚焦业务，完成业务需求到网络需求的转化；NSMF：管理和编排NSI（切片实例），并向子网分解网络需求；NSSMF：管理和编排NSSI（子切片实例）；子网：切片子网，一般分为CN，RAN，TN等子域划分；MANO：提供了NFV的整体管理和编排；EMS：管理特定类型的一个或多个电信网络单元，负责Q11、OS的保障。二、网络切片的管理架构（5/6）为了满足5G网络切片管理需求，5G网络切片管理总体架构需要实现端到端的切片管理能力，包括核心网子切片管理功能、传送网子切片管理功能、无线网子切片管理功能。一个网络切片模板NST或者网络子切片模板NSST最终可映射为1N个网络服务模板NSD，一个网络切片实例NSI或者网络子切片实例NSSI最终部署为1N个网络服务实例NS。3GPP域中的管理对象网络功能，最终关联映射为ETSI NFV域的VNF或者PNF。3GPP域的NSSMF与ETSI NFV域的NFVO交互，完成切片模板NST/NSST以及切片实例NSI/NSSI分别与NSD和NS的映射转换。3GP12、P域中NF的网络管理由EM负责，ETSINFV域中VNF/PNF的网络管理也由EM负责。二、网络切片的信息模型（6/6）3GPP域中的管理对象网络切片、网络子切片，最终关联映射为ETSI NFV域的1N个网络服务。3GPP TS 28.801管 理 模 型被管对象信息模型软件定义网络（Software Defined Network，SDN）是由美国斯坦福大学CLean State课题研究组提出的一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式。其基本意义是将路由器/交换机中的路由决策等控制功能从设备中独立出来，统一由集中控制器来进行控制，从而实现控制和转发的分离。其核心技术OpenFlow通13、过将网络设备的控制平面与数据转发平面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。Network而非Networking，表明是一种框架，一种网络设计理念，而非一种构建技术三、网络切片实现的核心技术-SDN（1/5）应用层SDN应用层通过控制层提供的编程接口对底层设备进行编程，把网络的控制权开放给用户，基于上开发各种业务应用，实现丰富多彩的业务创新。控制层控制器集中管理网络中所有设备，虚拟整个网络为资源池，根据用户不同的需求以及全局网络拓扑，灵活动态的分配资源。基础设施层基础设施层是硬件设备层，专注于单纯的数据、业务物理转发，关注的14、是与控制层的安全通信，其处理性能一定要高，以实现高速数据转发。应用层控制层基础设施层SDN控制软件各类商业应用网络服务网络服务网络服务 SDN是一种新兴的、控制与转发分离、并直接可编程的网络架构。SDN技术追求的是网络控制与承载的分离，将传统分布式路由计算转变成集中计算、流标下发的方式，在网络抽象层面上，将基于分组的转发粒度转变为基于流的转发粒度，同时根据策略进行业务流处理。三、网络切片实现的核心技术-SDN（2/5）API控制数据平面接口（例如OpenFlow）北向接口南向接口传统的传输网络中包含专门的路由器和交换机来实现数据转发和网络控制，即传统IP网络采用分布式路由计算，扩展性和网络可靠15、性好，但缺少全局网络资源的灵活调度能力。SDN通过一个单独的基于软件的SDN控制器来实现网络控制功能的集中化，而路由器和交换机只负责转发，这样就减少了转发网元的成本，即SDN采用全局集中式路由计算，可高效调度全网资源。三、网络切片实现的核心技术-SDN（3/5）北向接口（例如Rest API）提供给其他厂家或运营商进行接入和管理的接口，即向上提供的接口。如网管提供三种北向接口，分别为CORBA（Common Object Request BrokerArchitecture）、SNMP、Syslog北向接口。它们负责向上级网管系统提供基于CORBA、SNMP和Syslog协议的北向接口，支持上16、级网管系统通过对应的协议接入网管 南向接口（例如Openflow）管理其他厂家网管或设备的接口，即向下提供的接口。提供对其他厂家网元的管理功能，支持多种形式的接口协议，包括SNMP、TR069、SYSLOG、SOAP、SSH等接口，其中主要的是SNMP v3 和TR069（即CWMP,客户端广域网管理协议）SDN控制器监控大部分网络，轻松识别最优报文路由，这在网络拥堵或者部分瘫痪的情况下尤其有用。SDN控制器的路由决策能力比传统网络中的路由器和交换机也高出不少，因为后者的路由决策只是基于很有限的一部分网络情况。优势NFV于2013年在ETSI由13家运营商发起研究，是云计算在IT业取得巨大成功17、的大背景下提出的，其工作目标是增强系统灵活性，实现网络及应用的快速部署、灵活扩容和缩容。NFV的关键核心是通过虚拟化技术、基于通用IT硬件实现电信功能节点的软件化，被认为是未来通信网络的基础技术。NFV试图打破传统电信设备的竖井式体系，将通信网元功能分层解耦并引入新的MANO 管理体系实现网元全生命周期管理。(MANO(网络功能虚拟化管理和编排)是用于管理和协调虚拟化网络功能(VNF)和其他软件组件的架构框架)。HSS网管系统网管系统vEPCvIMS虚拟化资源硬件资源IMSPG WvHSSMA NO通用IT基础设施统一的标准化IT计算、存储、网络基础硬件云化管理应用和业务的生命周期管理，虚拟资18、源配置网络自动化可与SDN结合，使用SDN技术自动化配置网络虚拟化采用开放Hypervisor和资源管理软件将电信业务的软硬件分离三、网络切片实现的核心技术-NFV（4/5）NFV即网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization），通过使用x86等通用性硬件以及虚拟化技术，来承载很多功能的软件处理。从而降低网络昂贵的设备成本。可以通过软硬件解耦及功能抽象，使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署，并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。3GPP TS 28.500三、网络切片实现的核心技术-NFV（19、5/5）NFV技术主要由三个部分构成：1、VNF（虚拟网络层，Virtualized Network Function）虚拟网络层是共享同一物理OTS服务器的VNF集。对应的就是各个网元功能的软件实现，比如EPC网元、IMS网元等的逻辑实现。2、NFVI（网络功能虚拟化基础设施NFVI，NFV Infrastructure)NFVI包含了虚拟化层（hypervisor或者容器管理系统，如Docker，以及vSwitch）以及物理资源，从云计算的角度看，就是一个资源池。NFVI需要将物理计算/存储/交换资源通过虚拟化转换为虚拟的计算/存储/交换资源池。NFVI映射到物理基础设施就是多个地理上分散20、的数据中心，通过高速通信网连接起来。3、MANO（管理与编排，Management and Orchestration)MANO提供了NFV的整体管理和编排，向上接入OSS/BSS，由NFVO（NFV Orchestrator）、VNFM（VNF Manager）以及VIM（Virtualised infrastructure manager）虚拟化基础设施管理器三者共同组成。第一部分网络切片第二部分边缘计算目录移动边缘计算（1/4）MEC技术使得传统无线接入网具备了业务本地化、近距离部署的条件，无线接入网由此而具备了低时延、高带宽的传输能力，有效缓解了未来移动网络对于传输带宽以及时延的要求。21、同时，业务面下沉本地化部署可有效降低网络负荷以及对网络回传带宽的需求，从而实现缩减网络运营成本的目的。除此之外，业务应用的本地化部署使得业务应用更靠近无线网络及用户本身，更易于实现对网络上下文信息（位置、网络负荷、无线资源利用率等）的感知和利用，从而可以有效提高用户的业务体验。更进一步，运营商可以通过MEC平台将无线网络能力开放给第三方业务应用以及软件开发商，为创新型业务的研发部署提供平台。边缘运算（英语：Edge computing），是一种分散式运算的架构，将应用程序、数据资料与服务的运算，由网络中心节点，移往网络逻辑上的边缘节点来处理。边缘运算将原本完全由中心节点处理大型服务加以分解，切22、割成更小与更容易管理的部分，分散到边缘节点去处理。边缘节点更接近于用户终端装置，可以加快资料的处理与传送速度，减少延迟。移动边缘计算的驱动力（2/4）5G网络的三大典型应用场景与边缘计算密切相关，其中URLLC对超高可靠低时延通信的要求，eMBB对高带宽的要求与MIoT对大连接的要求，都需要边缘计算的引入。由此可见，5G 时代的到来离不开边缘计算，边缘计算是5G 时代网络发展的重要方向之一，也是5G服务于垂直行业的重要利器之一。云计算、NFV、SDN、Cloud-RAN等技术催生了MEC的发展。NFV通过硬件和软件的解耦合，实现了网络功能和网管的虚拟化。SDN通过控制和业务的分离，实现了在数据23、中心和传输节点传输和控制资源的按需重分配，使网络具备可编程能力。Cloud RAN基于通用的IT硬件架构，通过集中化管理以及虚拟化的软件功能，提供面向移动业务的前传和回传网络。MEC作为5G演进的关键技术，可以在更靠近客户的移动网络边缘提供云计算能力和IT服务的环境，具备超低时延、超大带宽、本地化、高实时性分析处理等特点，从而降低对核心网络及骨干传输网络的占用，并降低端到端时延。业务驱动技术驱动边缘计算的技术价值（3/4）MEC通过将计算存储能力与业务服务能力向网络边缘迁移，使应用、服务和内容可以实现本地化、近距离、分布式部署，从而一定程度解决了5G网络热点高容量、低功耗大连接以及低时延高可靠24、等技术场景的业务需求。同时MEC通过充分挖掘移动网络数据和信息，实现移动网络上下文信息的告知和分析并开放给第三方业务应用，有效提高了移动网络的智能化水平，促进网络和业务的深度融合。MEC技术特征MEC技术价值 业务本地化、缓存与加速（业务/内容近距离访问）本地分流、灵活路由（用户面下沉）网络信息感知与开放（位置、负载、资源利用率等）边缘计算、存储能力（计算任务卸载、数据汇聚等）基于IT通用平台（灵活/快速业务部署）eMBB：低延迟、高带宽，虚拟的RAN（35%回传节省）uRLLC：降低/消除回传时延的影响 mMTC：降低MTC成本/功耗；信令/业务汇聚 QoE：提升用户QoE、加速业务创新与推25、广、网络与业务融合在大型的电竞、球赛、F1赛车、演唱会等直播场景，用户对时延及沉浸式体验有较高的要求。MEC平台可实现VR视频源的本地映射和分发，为观众提供高品质的VR视频体验。并可通过多角度全景摄像头为观众带来独特的视角体验。例如，距离球场较远位置的球迷可以通过实时VR体验坐在VIP位置的观看感觉。另外，MEC的低时延、高带宽优势可避免在观看VR时因带宽和时延受限带来的眩晕感，并且可减少对回传资源的消耗。VR直播直播现有的AR解决方案中，用户需先下载安装巨大的APP来进行AR的体验，但手机的内存、电量和存储容量局限了AR的 发 展。MEC 平 台 通 过 网 络 数 据（如 RAN 侧 反 26、馈 的Location 信息）确定用户位置，利用本地AR服务器提供实时的AR内容匹配计算和推送，实现本地实景和AR内容频道实时聚合，带给客户全新的独特用户体验。此外，通过本地位置相关的AR内容的快速灵活部署和发现，可构成MEC全新的就近内容提供和广告商业模式。增强现实增强现实（AR）边缘计算的应用场景（4/4）感 谢！网络切片的相关开源项目2018年初由六大国际网络开源项目合并成立，LFN旨在整合产业资源，平衡不同网络开源项目的生态系统，统一协调，消除不同项目之间的重叠冗余，创建更高效的流程，加快网络开源发展进程。其中：LFN（Linux Foundation Networking Fund）27、OSM（Open Source MANO）异同点成立时间2011年2013年跟OpenFlow的关系OpenFlow是其唯一的南向接口标准OpenFlow只是南向接口标准中的一个北向接口不倾向于北向接口标准化定义了一套北向接口API宗旨制定SDN标准,推动SDN产业化打造统一开放的SDN平台,推动SDN产业化工作重点制定唯一的南向接口OpenFlow,指定硬件转发标准不制定任何标准,而是打造一个SDN系统平台,利用现有的一些技术标准作为南向接口性质网络用户为主设备商和软件商为主转发面的工作通过OpenFlow定义了转发面的标准行为无设计转发面工作ONF(Open Networking Foun28、dation)Google、Facebook、Microsoft等组织发起，核心成员以网络用户为主。主要成果：OpenFlow、OF-Config ONAP（Open Network Automation Platform）：致力打造面向智慧编排的开放网络自动化平台。智慧编排是实现网络功能、网络切片、以及网络资源统一控制与调度的新型网络“大脑”。其技术核心包括对网络功能的闭环控制、网络切片的智能管理、网络资源的灵活调度。OSM正在提供与ETSI NFV信息模型一致的开源管理和编排（MANO）堆栈。作为运营商主导的社区，OSM提供生产质量的开源MANO堆栈，满足商业NFV网络的要求。其他SDN开29、源组织ODL(OpenDayLight)Cisco、Brocade、IBM、Juniper，核心成员以设备和软件商为主。主要成果：控制器OpenDaylight5G网络切片技术的整体概念示意、特征 网络切片是提供特定网络能力的、端到端的逻辑专用网络。一个网络切片实例是由网络功能和所需的物理/虚拟资源的集合，具体可包括接入网、核心网、传输承载网及应用。网络切片可基于传统的专有硬件构建，也可基于NFV/SDN的通用基础设施构建，建议基于统一平台构建，实现低成本高效运营。特征物联网大连接场景增强宽带场景超低时延超高可靠场景切片实例接入网传输承载核心网因特网增强宽带业务物联网大连接业务超低时延超高可靠30、性业务切片切片2切片3fixed用户面功能11会话管理1接入管理1用户面功能2会话管理2接入管理2策略控制2用户面功能3会话管理3接入管理3传输传输传输Edge DCCore DCNFVIIP NetworkBackhaulNFVIShared network infrasturcture统一基础设施平台定制性质量可保证隔离性/专用性统一平台边缘计算的技术需求 重用NFV架构：与网络功能虚拟化（NFV）为网络功能提供虚拟化平台的思想类似，MEC需要在移动网络边缘为业务应用提供一个虚拟化平台。此时，从运营商的角度触发，最大程度地使用NFV基础设施以及NFV的管理编排器，使虚拟化的网络功能（VNF31、）和MEC的业务应用能够在同一基础设施部署运行，则可以很大程度降低投资成本。支持移动性：在MEC场景下，对于那些与用户状态信息无关的MEC业务应用（无状态业务应用），则无需维护用户的状态信息。但是对于MEV那类面向用户的业务应用，它们通常与用户的状态信息相关（有状态业务应用），此时当用户从一个MEC服务器服务小区切换指其它MEC服务器服务小区时，部署在两个MEC服务器上的一个业务应用间需要完成用户相关状态信息的交互传递，保证业务应用的连续性。支持灵活部署：考虑到MEC多种的业务应用场景，网络性能、投资成本、可扩展性要求以及运营商偏好等因素，MEC需要支持多种类型的部署方式。简单可用API：为了32、打造MEC产业链并促进MEC生态系统的健康发展，MEC系统需要提供给第三方业务/内容服务商尽可能简单且可直接调用的API。支持业务应用的智能迁移：MEC业务应用的运行需要MEC服务器提供一定的计算、存储和网络资源，某些MEC业务应用则同时对时延等提出了严格要求。MEC业务应用需要在特定的时刻选择最佳的位置，从而要求MEC系统支持业务应用系统级声明周期管理以及应用实例智能迁移。MEC系统框架应用生命周期应用环境支持移动性边缘计算MEC系统架构 MEC系统由MEC主机以及MEC管理单元构成。其中MEC主机包括MEC平台、MEC应用以及位置提供计算、存储、网络资源等资源的虚拟化基础设施。MEC管理单33、元则包括MEC系统级管理以及MEC主机级管理。MEC系统级管理主要以MEC编排器为核心部件，负责MEC整个系统资源配置管理；MEC主机级管理则主要有MEC平台管理单元和虚拟化技术设施管理单元组成。虚拟化基础设施 MEC平台 MEC应用 MEC系统级管理单元MEC编排器 运营支撑系统 MEC应用生命周期管理代码 MEC主机级管理单元 MEC平台管理单元 虚拟化基础设施管理单元 用户应用 第三方服务门户基于NFV的MEC系统架构 MEC平台与MEC应用以VNF的形式运行在以NFV基础设施形式部署的虚拟基础设施上，此时NFV管理编排单元（NFV MANO）所规定的管理功能以及流程等依然可以使用，MEC原有的部分编排以及生命周期管理任务可以交给NFV编排器以及VNF管理单元完成，无需针对MEC进行专门修订适配。MEC平台管理单元将MEC平台和MEC应用的生命周期管理功能分别转交给NFV管理编排单元中的多个VNFM单元进行管理（MEC平台生命周期管理、MEC应用生命周期管理）MEC编排器变化为MEC应用编排器（MEAO），主要负责MEC应用编排的相关任务，原基础设施资源方面的编排任务则转交给NFV管理编排单元中的NFV编排器（NFVO）完成