02.25 5G确定性网络产业白皮书

5G确定性网络(5GDN:5G Deterministic Networking),是指利用5G网络资源打造可预期、可规划、可验证,有确定性能力的移动专网,提供差异化的业务体验。

1、以“CORE”为核心价值构建5G确定性网络

5G之前的移动宽带MBB网络是一个尽力而为的网络。而相对应的,固定网络的专线则有明确的SLA要求。相同带宽的企业专线与个人或家庭套餐相比,除了带宽需要获得保障外,更重要的是其安全可靠、业务可用性、专业服务等必须具有明确的SLA等级保障。在更为严格的工业互联网中,IEEE定义了TSN标准,随后IETF成立与DetNet工作组来进一步研究工业自动化、场景下的确定性通信路径问题。

移动网络与固定网络存在这样对SLA保障的差异的原因是由于移动通信网络整体由“无线接入网(RAN)+传输网(TN)+核心网(CN)”三部分组成。这三个环节中,无线接入网天然存在环境开放易干扰、资源稀缺性导致的部分不可预期性使实现确定性具有挑战。而核心网由于能够了解整个网络拓扑并对全局资源进行调度;能够提供网络服务的编排、调度和管理;能够基于业务感知提供业务应用与管道的确定性体验(含时延),因此可以从一定程度上辅助无线接入网提升确定性能力。因此可以说核心网是5GDN甚至整个5G时代真正的核心。运营商可以基于“CORE”四要素的能力来进行规划和建设,提升网络确定性。


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2、5G确定性网络在3GPP中的进展

3GPP在定义5G之前就对相关行业的需求进行了分析,引入若干关键技术与业务来补充5GS的参考架构,并在R16中明确提出支持TSC时延敏感通信,提供确定性通信能力。

首先在架构上,5G提供了网络切片(R15定义架构,R16实现)将同一张移动网络隔离为不同的虚拟网络,并在各切片中提供不同业务所需的差异化SLA及各切片之间的安全隔离性。切片的逻辑框架由RAN+TN+CN共同构成,由NSMF进行端到端管理。但考虑到不同领域实现切片的难度和必要性各有不同,又可以由各领域NSSMF对切片进行分段设计。其中由于核心网是业务交互的集中点,更需要尽早部署网络切片。此外,贴近业务本地部署的MEC(R15)的引入,则进一步强化和保障了各切片中低时延的可获得性。


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其次在确定性通信业务功能上,3GPP 也通过R15、R16 及后续的R17 版本逐步定义和增强。R15 中3GPP 以5G 5QI 为基础框架,配合空口更小的调度单位和周期、uRLLC高优先级抢占、以及上行免调度降低时延等关键技术,实现了对E2E低时延和大带宽的基本支持。随后R16 uRLLC项目中通过冗余传输特性,提供了E2E对传输可靠的确定性保障。同时R16 中引入TSN 机制,进一步加强对时延抖动和可靠性的保障能力,从而可以为工业控制为代表的典型场景提供确定性通信服务。R17版本中3GPP继续通过IIoT特性引入UE-UE模式确定性能力,以此拓展支持智能电网等更广泛的2B应用场景,并能为垂直行业开放5G确定性能力,提供确定性通信服务。


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此外,针对企业网络或工业以太互联网,5GS从R16中引入对5G-LAN模式的支持,极大的增强了5G在企业、行业等场景的实用性。

但仅采用3GPP的功能组合,所提供的确定性能力只是基本的、静态的,仅用以支持特定场景所需要的各种SLA组合。但是如何在有限网络资源的前提下更为有效的支持丰富场景中各不相同的SLA,支持业务中各类动态调整、潜在的突发情况,就需要通过运营商的网络部署规划和完善的商业产品解决方案来解决。此外,即使业务所需的性能SLA与业务功能相同,但面对不同的安全、管理需求,对于5G确定性网络来说也会有极大的区别。

3、5G确定性网络按四步走的节奏进行网络规划与部署

从目前阶段来看,5G确定性网络的部署不会是一蹴而就。而且全球运营商的5G部署尚处在早期,无法支持5GDN进行大范围广覆盖部署。因此运营商需要选择合适的行业与场景并结合自身的网络规划节奏作为5GDN早期的切入点。

首先,由于5G基础网络目前覆盖尚不完整,因此可以结合MEC对5GDN进行区域化的部署。例如企业园区、港口码头等独立性较强的区域可以作为优先选择。

在应用场景上,5GDN应该选择3GPP标准相对成熟,且与运营商的联接管道能力强相关的行业。例如娱乐视频、媒体直播等。而工业场景中与视频结合度较高的机器视觉也是一个很好的早期场景。

从另一方面看,行业本身也可以选择5GDN的部署节奏,部分对SLA确定性要求较高的行业可优先选择部署。以电力行业为例,其本身迫切需要数字化转型,且电力网络应用场景天然要求高度隔离、支持确定性时延,因此也是当前进行5GDN部署的优选目标。


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对于电信行业而言,5G带来的变化与机遇是前所未有的。是否能够抓住行业数字化转型的市场机会,是电信运营商突破增长瓶颈的关键动作。而对行业来说,5G所带来的强大联接能力也是行业提升自身效率,进一步提升竞争力的契机。其中,5GDN帮助运营商充分发挥网络联接的价值,促进行业数字化转型,是电信运营商和行业市场之间的纽带。从技术上来看,3GPP已经定义了5GDN的基本框架及确定性能力相关的功能,后续也将随着新的R17版本继续深化。在实际部署上则需要各方进一步联合探索、逐步推进,真正将“CORE”的能力发挥出来,形成差异化的、专属的、可DIY的5G确定性网络。


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