5G网络的管理、编排与计费
注: 根据原文，略有删减
2017年12月，3GPP通过两大5G里程碑事件，通过5G NR第一部分规范并完成5G阶段1系统架构。这些成绩的取得，都对新的管理标准提出了要求，因为5G带来更大的网络规模和更加复杂的电信系统。
3GPP管理标准工作组SA5接近达到5G另一个重要的里程碑。根据去年我们完成的对5G网络管理体系架构，分片和计费的研究，我们目前正在进行3GPP Release 15第一阶段的规范工作，包括建立一个新的面向服务的管理架构和所有必要的功能来进行5G网络管理和计费。SA5的目前的工作还包括其他一些工作/研究项目如QoE测量采集管理和使用RESTful协议的新技术。然而，本文将专注于新的5G Rel-15架构和主要功能，包括计费。
5G网络和网络切片
5G网络的管理编排和网络切片包括以下工作内容：管理概念和架构、服务供给、网络资源模型、故障监控和性能管理、跟踪管理和虚拟化管理等方面。随着这些工作项的输出，SA5为5G网络和网络切片提供了特定的管理接口。运营商可以配置和管理移动网络，以支持由5G使能的各种类型的服务，例如eMBB（增强移动宽带）和URLLC（超可靠和低延迟通信），这取决于不同的客户需求。在TS 28.530、28.531、28.532和28.533中定义了管理概念、架构和服务供给。网络切片被看作是5G的关键特性之一，允许垂直行业利用5G网络和服务。3GPP SA5采用SA2中定义的网络切片概念，并解决了管理方面的问题。网络切片是指将PLMN（Public Land Mobile Network）从单个网络转换成逻辑分区的网络，具有适当的网络隔离、资源、优化的拓扑和特定配置来满足各种服务需求。
例如，如下图所示，多个网络切片实例（NSI）提供的各种通信服务实例。NSI的不同部分被分组为网络切片子网（例如RAN、5GC和传输），允许网络切片子网实例（NSSI）的生命周期独立于NSI的生命周期来管理。
网络切片实例的服务供给
网络切片实例的管理方面可以通过四个阶段来描述：1）准备：在准备阶段，网络切片实例不存在。准备阶段包括网络切片模板设计、网络切片容量规划、on-boarding和评估网络切片需求、准备网络环境和在创建网络切片实例之前需要做的其他必要准备。
2）调试：调试阶段的配置包括创建网络切片实例。在网络切片实例创建期间，分配和配置所有需要的资源以满足网络切片需求。网络切片实例的创建可以包括网络切片实例组件的创建和/或修改。
3）运维：包括激活、监控、性能报告（例如KPI监视）、资源容量规划、修改和网络切片实例的去激活。在运维阶段中的服务供给涉及网络切片实例的激活、修改和去激活。
4）退网：退网阶段的网络切片实例配置包括：如果需要，取消非共享组件，并从共享组件中移除网络切片实例的特定配置。在退网阶段之后，网络切片实例终止并且不再存在。
- 创建NSSI；
- 激活NSSI；
- 去激活NSSI；
- 修改NSSI；
- 终止NSSI；
5G网络与网络分片相关的角色
与5G网络和网络切片管理相关的角色包括：通信服务客户（CSC）、通信服务提供商（CSP）、网络运营商（NOP）、网络设备提供商（NEP）、虚拟化基础设施服务提供商（VISP）、数据中心服务提供商（DCSP）、NFVI（网络功能虚拟化基础设施）供应商和硬件供应商。根据实际情况：
- 每个角色可以由一个或多个组织同时参与；
- 一个组织可以同时扮演一个或多个角色（例如，一个公司可以同时扮演CSP和NOP角色）。
网络切片管理模型
在网络切片的上下文中可以使用不同的管理模型。1）网络切片即服务（NSAAS）：NSAAS可以由CSP以通信服务的形式提供给CSC。此服务允许CSC使用和可选地管理网络切片实例。反过来，这个CSC可以扮演CSP的角色，并在网络切片实例之上提供他们自己的服务（例如通信服务）。图中的MNSI（托管网络切片实例）表示网络切片实例，CS表示通信服务。
2）网络切片用于NOP内部：网络切片不是CSP服务提供的一部分，因此对于CSC来说是不可见的。然而，为通信服务提供支持的NOP可以决定部署网络切片，例如用于内部网络优化目的。
管理架构
SA5认识到管理自动化的必要性，引入新的管理功能（如通信服务管理功能（CSMF）、网络切片管理功能（NSMF）和网络切片子网管理功能（NSSMF）），以便为自动化提供适当的抽象级别。3GPP SA5管理架构将采用面向服务的管理体系结构，其被描述为管理服务消费者和管理服务提供商之间的交互。例如，管理服务消费者可以在故障监控服务、性能管理服务、开通服务和通知服务等方面请求来自服务提供商的帮助。
5G网络和网络切片的网络资源模型（NRM）
为了支持5G网络的管理和编排，需要定义5G网络的可管理方面的网络资源模型（NRM），根据来自其他3GPP工作组的5G网络规范，并考虑5G管理架构和运维的需求。5G NRM规范族包括4个规范：关于NR和NG-RAN的NRM的TS 28.540和TS 28.541，关于5G核心网络的NRM的TS 22.542和TS 28.543。
根据内容分类，5G NRM规范可分为3个部分：
- 需求，也称为阶段1，
- 信息模型定义也称为阶段2，以及
- 解决方案集合也称为阶段3。
5G信息模型定义，以协议和技术中性的方式（使用UML作为协议中性语言），在5G管理接口上指定信息对象类属性和关系的语义和行为。根据5GC、NR和NG-RAN规范定义了5G信息模型。例如，在3GPP TS 38.401中，NR节点（gNB）被定义为支持三个功能拆分选项（即非分拆选项、具有CU和DU的两个分拆选项、具有CU-CP、CUP和DU的三个分拆选项），因此在NR NRM信息模型中，为指定的gNB的每个网络功能都定义了相应的信息对象类（IOC），并且不同的UML图分别展示出每个gNB拆分选项的关系。此外，在5G信息模型定义中，现有的通用NRM信息服务规范（TS 28.622）被引用来继承其中通用信息对象类的属性，并且现有的EPC NRM信息服务规范（TS 28.708）被5GS/EPS互连关系描述所参考。
最后，NRM解决方案集定义将信息模型定义映射到用于具体实现的特定协议的定义中。根据TR 32.866的建议（基于REST的解决方案集的研究），JSON将被选为描述5G NRM解决方案集的数据建模语言。
5G网络和网络切片的故障监控
故障监控是5G网络及其通信业务管理的基本功能之一。对于5G网络和网络切片的故障监视，3GPP 的以下TS正在定义：1）TS 28.545 “网络和网络分片的管理和编排；故障监控（FS）；阶段1”，其中包括：
- 5G网络和网络切片故障监控的用例和需求。
- 故障监控相关管理服务的定义（如 NetworkSliceAlarmAcknowledgement, NetworkSliceAlarmListReading, NetworkSliceAlarmClearance, NetworkSliceAlarmNotification, NetworkSliceAlarmSubscription，等）
- 故障监控相关管理服务接口；（阶段2）
- 通知；（阶段2）
- 告警相关信息模型（例如alarmInformation, alarmList, 等）；（阶段2）
- 解决方案集（例如，基于HTTP RESTful的故障监控解决方案集）；（阶段3）
- 新的事件类型和可能的原因，如果必要的话。
5G网络和网络切片的保障数据和性能管理
5G网络的设计是为了适应不断快速增长的数据业务需求，此外，为了支持新的服务，如IOT、基于云的服务、工业控制、自动驾驶、关键任务通信等。这样的服务可能有它们自己的性能标准，如大规模连接，超宽带宽，超低延迟和超高可靠性。5G网络和NF（网络功能）的性能数据是网络监测、评估、分析、优化和保证的基础。对于具有超低延迟和超高可靠性要求的服务，网络中的任何故障或性能问题都可能导致服务失败，这可能导致严重的个人和财产损失。因此，有必要能够实时地收集性能数据（例如，通过性能数据流），以便分析应用（例如，网络优化，SON等）可以使用性能数据来检测任何网络性能问题，预测潜在的问题，并迅速采取甚至提前行动。
对于网络切片，在端到端网络切片实例之上提供通信服务，因此需要从端到端的角度监视性能。
5G网络（包括子网）、NSI（网络切片实例）和NSSI（网络切片子网实例）的端到端性能数据对于运营商知道他们是否能够满足通信服务需求是至关重要的。
性能数据可以被各种消费者使用，例如网络运营商、SON应用、网优应用、网络分析应用、性能保障应用等。为方便不同的消费者获得他们所需的性能数据，WI正在采用下面各项：
- 基于服务的PM框架和PM服务列表，如下表所述：
- 3GPP NFS的性能度量（包括可用于性能保证的数据）；
- 端到端KPI，为NSI、NSSI和网络（性能数据不特定于网络切片）的性能度量（包括可用于性能保证的数据）。
5G网络的管理与虚拟化
对于5G网络，大多数网络功能被期望以软件组件的形式运行于运营商的电信云系统之上，而不是使用专用的硬件组件。除了核心网的虚拟化（包括5GC、EPC和IMS）之外，NG-RAN架构被定义为将功能划分为中央单元和分布式单元，中央单元也可以被虚拟化。SA5已经对包括虚拟化网络功能的NG-RAN的管理方面进行了研究，并且在TR 32.864中得出结论：现有规范（涉及到包括虚拟化网络功能的移动网络的管理）需要对5G做一些增强。主要是关于3GPP管理系统和外部管理系统（例如ETSI NFV MANO）之间的相互作用：
- 管理需求和体系结构；
- 生命周期管理（例如，PNF管理）；
- 配置管理；
- 性能管理；
- 故障管理。
虽然增强需求是在5G研究中发现的，SA5已经得出结论，它们也可以用于4G。因此，包括虚拟化网络功能的移动网络的管理规范通常适用于4G和5G网络。
5G网络的能效研究
在3GPP标准的能效（EE）方面的研究结论之后，TSG SA 75建议在5G网络的一系列能效控制相关问题上发起进一步的后续研究，包括以下方面：- 3GPP系统EE KPI的定义与计算
- 3GPP系统的能效控制
- 3GPP系统中RAN和其他子系统的协调节能
- 现场能耗降低
- NFV在3GPP系统中的能效
- 自组织网络中的能效（SON）。
- 识别ETSI TC EE、ITU-T SG5、ETSI NFV ISG等的EE-KPI定义，这些定义与5G网络相关，除了在SA TR 21.866中作出的定义之外。这样的EE KPI可以在不同的层次上定义，包括网络和设备级别（潜在地，在虚拟化的网络功能和虚拟化的资源级别），以及每个部署场景（密集的城市、农村等）。具有5G，潜在地，EE KPI可以在网络切片级别定义；
- 识别由3GPP定义的度量，以便能够计算5G网络的上述EE KPI。这样的度量可能与数据量、覆盖面积或能量消耗有关；
- 评估现有的OA＆M机制是否能够控制和监控所识别的度量。特别地，检查用于无线接入网络（RAN）（TS 28.304、28.305、28.306）的功率、能量和环境（PEE）参数的控制和监视的IRP是否可以应用于5G网络。如果没有，识别潜在的新的OA&M机制；
- 进一步阐述在TR 21.866中定义的EE控制框架，并识别与现有管理架构相关的潜在差异，包括基于SON和NFV的体系结构；
- 检查新的节能功能是否可以使3GPP管理系统更有效地管理能源。特别是，ETSI ES 203 237（绿色抽象层；未来能源通信固定网络节点的电源管理能力）对5G网络管理的适用性进行评估；
- 识别现有标准中潜在的增强，这可能导致提高3GPP全系统能效。
5G计费系统架构和基于服务的接口
如果没有运营商能够将TS 23.501、TS 23.502和TS 23.503中规定的各种特征和服务货币化的能力，Rel-15 5G系统的商业部署将是不可能的。这是在计费框架下定义的，该计费框架包括：比如用户对5G网络资源的使用的实时控制以用于计费目的，或者每个UE的数据收集（例如，用于生成CDR），其还可以用于其他目的，例如分析。SA5在2017的研究期间研究了计费架构应该如何演进，应该将哪些关键特征指定为计费能力的一部分，以及应该选择计费方案中的哪些替代方案，以便更好地支持第一代商业5G系统部署。基于研究结果，通过开发一套完整的规范（体系结构、功能和协议），5G系统的计费架构演进和选择的Rel-15关键功能正在制定规范阶段。本文简要介绍了Rel-15 5G系统的计费能力。
基于服务的接口
计费架构的一个关键演进是采用基于服务的接口集成到整个5G系统基于服务的架构中，以便能够在虚拟化环境中部署计费功能并使用新的软件技术。如下面的图片所示，在5G系统架构中引入的新计费功能（CHF）以允许向授权的网络功能提供计费服务，也支持融合的在线和离线计费。
5G数据连接计费
从计费功能（CHF）暴露出来的计费服务（SMF）所实现的“5G数据连接性计费”将在新TS 32.255中指定，包括通过SMF支持的各种配置和功能，这在下面被重点描述。对于使用网络切片的3GPP网络部署，通过向计费系统标识哪个网络片实例在数据连接期间为某个UE服务，运营商可以实现业务实例区别计费。在未来版本中，将进一步改进5G网络切片的计费系统部署灵活性。
引入新的5G QoS模型以支持来自数据连接的各种应用的要求，可以支持基于QoS的计费用户需求。还定义了5G的基于QoS的计费，以解决roaming home-routed场景中的运营商间的结算（即VPLMN和HPLMN之间）。
将进一步考虑所有在local breakout漫游场景中的数据服务的收费项目。
继续现有的关于接入类型业务区分计费的原则，增加覆盖了在Rel-15中支持的两个接入网络（即NG-RAN和不可信WLAN接入）。
计费能力包括在5G系统中引入的各种功能，以支持应用功能（例如边缘计算）的灵活部署，例如三种不同的Sesson and Service Continuity（SSC）模式和上行链路分类器和分支点。
解决了5G与现有EPC之间互通和切换的计费连续性问题。
在5G多运营商核心网共享架构（即共享RAN）中，识别5G-RAN资源用来传输流量的PLMN，允许运营商之间的结算。
关于用于“5G数据连接性计费”的阶段3标准将，TS 32.298用于CDR的ASN.1定义，TS 32.29用于基于服务的接口的协议中的数据类型定义。