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深度解析 3GPP TR 21.918：13.1 Network Slicing Phase 3 (网络切片第三阶段)

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好的，我们继续解读TR 21.918的后续章节。

深度解析 3GPP TR 21.918：13.1 Network Slicing Phase 3 (网络切片第三阶段)

本文技术原理深度参考了3GPP TR 21.918 V18.0.0 (2025-03) Release 18规范中，关于“13.1 Network Slicing Phase 3”的核心章节，旨在为读者深入剖析5G-Advanced如何通过引入一系列精细化的控制与增强机制，将网络切片从一个相对静态的“虚拟专网”，演进为一个更灵活、更智能、更具生命周期管理能力的“动态服务平台”。

网络切片（Network Slicing），是5G区别于前几代移动通信技术的标志性能力。它允许运营商在同一个物理网络基础设施之上，为不同的垂直行业或应用场景，“切”出多个端到端的、具有不同网络特性（如超高带宽、超低时延、海量连接）的逻辑隔离的虚拟网络。

Release 15/16/17已经为网络切片搭建了坚实的基础框架，定义了切片的标识（S-NSSAI）、选择（NSSF）、接入控制（NSACF）等核心流程。然而，随着切片应用的日益深化，一系列更精细化的运营和管理需求浮出水面：

  • 如何更灵活地控制用户对切片的使用行为？
  • 如何支持“快闪式”的、有时效性的切片服务？
  • 当一个切片发生拥塞或不可用时，能否将业务平滑地“迁移”到另一个备用切片，而不影响用户体验？

为了应对这些挑战，3GPP在Release 18中启动了“网络切片第三阶段”（eNS_Ph3）的演进。今天，我们的主角，是一家为大型音乐节提供5G直播解决方案的初创公司的创始人，小雅。她需要为即将到来的“未来之声”音乐节，向运营商租赁一个有时效性的、保障上行带宽的eMBB切片，用于现场数万名观众的高清直播推流。同时，她必须确保，即使这个主切片出现问题，直播业务也能“无感”地切换到备用方案。让我们跟随小雅的需求，深入13.1章节，看看网络切片是如何变得更加“聪明”和“有弹性”的。

1. 更精细的控制：切片使用策略 (Network Slice usage control)

小雅的第一个需求是，希望观众的手机只在“需要推流直播”时才去激活和驻留在昂贵的直播切片上，而在平时浏览网页时，则使用普通的公众互联网切片，以节省成本和网络资源。

1) Support of Network Slice usage control, as described in clause 5.15.15 of TS 23.501 A network-controlled Slice Usage Policy is introduced to control the network slice usage in the UE side. The network-controlled Slice Usage Policy is provided to the UE in the Registration Accept or the UE Configuration Update Command, and includes following:

  • An indication, whether this Network Slice is on demand S-NSSAI…
  • For all on demand S-NSSAI(s)… a slice deregistration inactivity timer that causes the UE to deregister the Network Slice after the last PDU Session associated with the S-NSSAI is released.

Rel-18为此引入了全新的**“切片使用策略”（Slice Usage Policy）**。

  • “按需使用”的标签 (On-demand S-NSSAI): 运营商可以在下发给UE的允许切片列表（Allowed NSSAI）中，为小雅的“音乐节直播切片”打上一个“On-demand”的标签。
  • 智能激活/去激活: UE在收到这个标签后，行为模式将发生改变：
    • 平时不打扰: 即使这个切片在允许列表中，只要没有App（如直播App）明确请求使用它来建立PDU会话，UE就不会为了这个切片而发起注册或保持连接。
    • 需要时再来: 只有当用户打开直播App并点击“开始直播”时，UE才会“按需”地发起包含该切片S-NSSAI的注册更新流程，激活该切片。
    • 用完就走: 更智能的是，网络还会下发一个“切片去注册不活动定时器”。当直播结束，最后一个使用该切片的PDU会话被释放后，这个定时器启动。如果在定时器超时前，没有新的PDU会话再使用这个切片，UE就会自动地从该切片去注册，释放信令连接，回归到只使用普通切片的状态。

这一机制，将切片的使用从“静态驻留”变为了“动态激活”，实现了网络资源和终端功耗的精细化、按需化分配。

2. “快闪”服务的支持：有时效性的切片 (Temporarily available network slices)

小雅的音乐节只持续3天。她不希望为这个切片支付一个月的费用，也不希望音乐节结束后，这个切片还一直出现在观众手机的配置中。

2) Optimized handling of temporarily available network slices, as described in clause 5.15.16 of TS 23.501 A network slice may be available only for a limited time… The AMF… may indicate to a UE the validity time for one or more S-NSSAIs in the Configured NSSAI…

Rel-18为此引入了**“有时效性的切片”**机制。

  • “保质期”标签: 运营商的核心网（AMF）在为UE配置“音乐节直播切片”时，可以附带一个**“有效时间”（validity time）**，例如，“从2025年10月1日到10月3日”。
  • UE自主管理: UE在收到这个带有“保质期”的切片后，会将其存储起来。在有效期内，UE会正常地使用该切片。一旦当前时间超出了有效期，UE会自动地将这个切片从其配置中删除，并释放所有与该切片相关的PDU会话，无需任何网络信令的干预。

这一功能，为运营商和垂直行业（如小雅的公司）合作推出“快闪式”、“活动专属”的切片服务，提供了极大的便利。

3. “无感”的业务连续性：切片替换 (Network Slice Replacement)

这是小雅最关心的功能。她租赁的“音乐节直播切片”是主用方案。为了以防万一，她还租赁了一个不同运营商或者不同物理承载的、质量稍低的切片作为备用。如果主切片因为突发拥塞或故障而不可用，业务能否在用户毫无察觉的情况下，平滑地切换到备用切片上？

5) Support of Network Slice Replacement and Network Slice Instance Replacement, as described in clauses 5.15.19 and 5.15.20 of TS 23.501 a) The Network Slice Replacement This feature is used to replace an S-NSSAI with an Alternative S-NSSAI when an S-NSSAI becomes unavailable or congested without impacting application layer.

Rel-18为此引入了强大的**“切片替换”（Network Slice Replacement）**机制。

  • 触发: 切片替换可以由NSSF（网络切片选择功能）、PCF（策略控制功能）或OAM（运维管理）等多个实体，在监测到主用切片（S-NSSAI_A）性能下降或不可用时触发。
  • 决策与通知: 触发后，AMF会决策使用一个预先定义好的**“替代切片”（Alternative S-NSSAI_B）**来替换S-NSSAI_A。
  • 对UE的透明操作: AMF会将这个“替换关系”通知给UE。对于UE来说，这个过程是高度透明的。它会在后台默默地将发往S-NSSAI_A的业务，切换到使用S-NSSAI_B的PDU会话上。对于上层的直播App来说，它可能完全感知不到这次切换。
  • 对现有会话的处理: 对于已经建立在S-NSSAI_A上的PDU会話，SMF会通过PDU会话修改流程，将这个会话平滑地“迁移”到S-NSSAI_B上，而无需重建PDU会话，从而保证了业务的连续性。

**切片实例替换（Network Slice Instance Replacement）**则是切片替换的一个更细粒度的变体。当一个切片（S-NSSAI相同）的某个具体实例（NSI ID）出现问题时，AMF可以选择将业务迁移到该切片的另一个健康的实例上。

这一系列“替换”机制，为网络切片赋予了前所未有的弹性和韧性，是5G网络从提供“连接”走向提供“高可靠SLA服务”的关键一步。

4. 更灵活的部署：部分区域支持与非TA对齐的服务区

3) Partial Network Slice support in a Registration Area 4) Support for NS-AoS not matching deployed TAs

Rel-18还解决了切片部署中的两个“老大难”问题：

  • 部分TA支持: 允许一个切片只在一个注册区（Registration Area）内的**部分跟踪区（TA）**中可用。UE即使移动到不支持该切片的TA，其注册状态依然保持，只是与该切片相关的业务会暂时不可用，当它移回到支持区域后，业务可以快速恢复。这避免了因切片可用性变化而导致的频繁的注册流程。
  • 服务区与TA解耦: 允许切片的服务区（NS-AoS）可以按需划定，而不必与预先规划好的TA边界完全对齐。RAN侧可以被告知，某个小区的资源，对于某个切片是“零配置”的。这使得切片的部署可以更加灵活，真正做到“按需划区”。

总结

3GPP TR 21.918的13.1章节，为我们展示了一个更加成熟、智能和富有弹性的5G网络切片新时代。它不再仅仅是静态的资源划分，而是具备了完整的生命周期管理和动态的业务连续性保障能力。

  • 通过引入切片使用策略（On-demand & Inactivity Timer），切片的激活与使用变得更加智能和高效，实现了“按需分配”。
  • 通过支持有时效性的切片（Validity Time），切片的商业模式变得更加灵活，能够完美匹配“快闪式”的短期业务需求。
  • 通过引入革命性的**切片替换（Slice Replacement）**机制，切片服务获得了“主备切换”的容灾能力，业务的连续性和可靠性得到了质的飞跃。
  • 通过解决部分区域支持和服务区/TA解耦等部署难题，切片的规划与运营变得更加灵活和经济。

对于像小雅这样的垂直行业创新者，这些增强意味着5G网络切片不再是一个遥远而僵硬的技术概念，而是一个可以灵活定制、可靠保障、商业模式清晰的“服务产品”。她可以放心地为“未来之声”音乐节订购一个为期三天的、带有主备保障的直播切片，并确信数万名观众的直播推流，将如丝般顺滑，万无一失。

网络切片第三阶段的演进，正在将5G“赋能千行百业”的承诺，一步步地转化为触手可及的现实。

FAQ - 常见问题解答

Q1：“按需切片”（On-demand S-NSSAI）和普通的网络切片有什么区别？它对UE的行为有什么影响？ A1：主要区别在于UE的注册和驻留行为。对于普通切片，一旦它被加入到UE的允许列表（Allowed NSSAI），UE就会尽可能地在网络上注册该切片，并为保持该切片的可用性而维持信令连接，即使当前没有任何应用在使用它。而对于按需切片，UE的行为模式是“懒加载”：1）不主动注册：即使该切片在允许列表中，只要没应用用它，UE就不会为它发起注册。2）用时再激活：只有当App明确请求建立一个使用该切片的PDU会话时，UE才会触发注册流程。3）用完就释放：当最后一个使用该切片的PDU会话结束后，一个不活动定时器会启动，超时后UE会自动从该切片去注册。这种机制大大降低了终端为维持不常用切片而产生的信令开销和功耗。

Q2：切片替换（Slice Replacement）和我们熟知的切换（Handover）有什么不同？ A2：它们发生在完全不同的层面，解决的是不同的问题。切换（Handover）是移动性管理的一部分，发生在无线接入网（RAN）层面，解决的是当UE从一个小区移动到另一个小区时，如何保持业务的连续性，其对象是“小区”。而切片替换是会话管理和服务连续性的一部分，发生在**核心网（CN）层面，解决的是当一个逻辑网络（切片）**本身发生拥塞或故障时，如何将业务平滑地迁移到另一个逻辑网络上，其对象是“S-NSSAI”。切换是物理位置变了，服务没变；而切片替换是服务本身（的承载）变了，用户的物理位置可能没变。

Q3：在执行切片替换时，UE的IP地址会改变吗？上层应用（如直播推流）会中断吗？ A3：IP地址不会改变，上层应用通常不会中断。这是切片替换机制设计的关键目标。当从主用切片S-NSSAI_A替换到备用切片S-NSSAI_B时，核心网的SMF会执行一个特殊的PDU会话修改流程。在这个流程中，虽然业务流被重新路由到了一个新的网络路径（由S-NSSAI_B承载），但SMF会维持该PDU会话的IP锚点（PSA UPF）不变。因此，UE的IP地址得以保持稳定。对于上层的TCP/UDP应用（如直播推流App）来说，它感知不到IP地址的变化，连接得以保持，从而实现了对应用的“无感”切换。

Q4：一个切片的服务区（NS-AoS）可以划定得比一个跟踪区（TA）更小吗？例如，只覆盖一个体育场？ A4：可以。这正是Rel-18“NS-AoS not matching deployed TAs”增强所要实现的目标。传统上，切片的可用性是与TA绑定的，一个TA要么整个支持某个切片，要么整个不支持。这使得进行精细化的区域服务部署非常困难。Rel-18允许NS-AoS可以被定义为一组小区（Cell ID list）。运营商可以精确地将一个切片的服务范围，限定在体育场馆内的那几个小区，而体育场外、属于同一个TA的其他小区，则可以不提供该切片服务。gNB在收到这个配置后，会知道在这些“非服务区”的小区里，为该切片分配“零资源”，从而实现了更精细、更灵活的切片部署。

Q5：这些切片增强功能，是需要UE和网络同时升级才能支持吗？ A5：是的，大部分功能都需要UE和核心网的双向配合。例如：1）切片使用策略：需要AMF能够下发“On-demand”标签和定时器，同时UE的NAS层需要能够理解这些信令和执行相应的激活/去激活逻辑。2）有时效性的切片：需要AMF能够下发“validity time”，同时UE需要能够存储并根据这个时间戳进行自主管理。3）切片替换：需要AMF/SMF/NSSF具备发起和执行替换的能力，同时UE的NAS层和5GMM协议栈需要能够处理相关的信令，并平滑地进行业务迁移。因此，这些高级功能的实现，依赖于整个5G生态系统（从芯片、终端到网络设备）的同步演进。

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