【5G網(wǎng)絡(luò)切片的編排方案探析8000字（論文）】

5G網(wǎng)絡(luò)切片的編排方案研究27876摘要 摘要5G具有更高的用戶體驗(yàn)、更高的連接性、極低的端到端延遲和多種應(yīng)用場(chǎng)景等關(guān)鍵特征。5G還有助于提高服務(wù)的整體透明度和創(chuàng)新性，并顯著降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。為了對(duì)5G業(yè)務(wù)的需求進(jìn)行滿足，5G網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)施NFV、網(wǎng)絡(luò)切片等促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新的技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)由于其靈活的配置、資源分配、強(qiáng)大的可擴(kuò)展性和垂直行業(yè)應(yīng)用的好處，在5G中發(fā)揮著非常重要的作用。如何規(guī)劃和組織網(wǎng)絡(luò)切片以實(shí)現(xiàn)最佳服務(wù)質(zhì)量和性能，已成為當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)切片研究的核心和難點(diǎn)。關(guān)鍵詞：5G；網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化；網(wǎng)絡(luò)切片一、引言從2009年至今，全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增加了200多倍，預(yù)計(jì)到2030年，數(shù)據(jù)流量將增加到大約2萬(wàn)倍。此外，隨著智能可穿戴設(shè)備的出現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，終端設(shè)備的數(shù)量將大幅增加。與此同時(shí)，自主駕駛和虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)的出現(xiàn)使得通信服務(wù)更加復(fù)雜。越來(lái)越多的數(shù)據(jù)流量、越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接和越來(lái)越復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)場(chǎng)景給今天的4G網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。然而，由于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、頻譜資源和能源消耗的限制，目前的4G網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)容量、數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸延遲和資源使用等方面都不能滿足用戶的需求。為了應(yīng)對(duì)4G將要面臨的挑戰(zhàn)，并適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的通信需求，已經(jīng)正式提供了移動(dòng)通信技術(shù)第五代(5G)。由于應(yīng)用程序腳本的多樣性和5G的業(yè)務(wù)需求，傳統(tǒng)的共享網(wǎng)絡(luò)部署方法不能靈活地提供多個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)。運(yùn)營(yíng)商如果按照傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部署方式，使用單一網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足各種不同的服務(wù)不僅不會(huì)提高網(wǎng)絡(luò)的性能，而且由于購(gòu)買設(shè)備的成本很高，它更加入不敷出。因此，5G將放棄完全統(tǒng)一的部署方法，設(shè)計(jì)基于松耦合和易于擴(kuò)展的原則的新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并使用基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)（NFV）在基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)上交付資源。部署多個(gè)定制、專用和隔離的端到端邏輯網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片是一組網(wǎng)絡(luò)功能和相關(guān)資源的集合。集合的元素是通過(guò)剪切操作來(lái)排列的，以創(chuàng)建特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這對(duì)業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)是必要的。5G采用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)通常具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）共享資源、降低成本和提高效率:同時(shí)在統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施中運(yùn)行的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)片可以大幅降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，并改善共享基礎(chǔ)設(shè)施資源的使用;（2）邏輯隔離，安全可靠：獨(dú)立虛擬資源與生命周期是每個(gè)切片都有的，對(duì)于其他切片來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)切片的創(chuàng)建和破壞不會(huì)有影響;（3）按需定制，靈活擴(kuò)展：基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)切片本地架構(gòu)為各種業(yè)務(wù)提供服務(wù)，基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（IaaS）資源可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行定制；云監(jiān)控方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源使用情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和可靠靈活的擴(kuò)展。（4）端到端，滿足差異化需求：各種業(yè)務(wù)需求決定了網(wǎng)絡(luò)切片的能力：通過(guò)全面部署共享主網(wǎng)、傳輸互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，完全可以滿足5G全業(yè)務(wù)的需求。二、5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的相關(guān)概念在5G中，對(duì)于各種各樣的應(yīng)用程序場(chǎng)景，從基礎(chǔ)設(shè)施到網(wǎng)絡(luò)共享技術(shù)，可按需組合不同的網(wǎng)絡(luò)功能，在不同的地方部署基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供可定制的服務(wù)。（一）網(wǎng)絡(luò)切片的定義3GPP將網(wǎng)絡(luò)切片定義為一種邏輯網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)與客戶簽訂的SLA服務(wù)合同使用該邏輯網(wǎng)絡(luò)，以便為不同的垂直行業(yè)、不同的客戶和不同的業(yè)務(wù)提供互相隔離且可擴(kuò)展的邏輯網(wǎng)絡(luò)。圖2-1為5G環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)切片效果示意圖，從圖中可以看出，由用戶終端、接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)四個(gè)部分組成的一個(gè)完整的端到端的網(wǎng)絡(luò)切片。圖2-15G環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)切片效果示意圖用戶終端(UE)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)識(shí)。在進(jìn)行通信時(shí)，終端將在發(fā)送的消息中包含一個(gè)切片標(biāo)識(shí)符，以支持5G網(wǎng)絡(luò)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇網(wǎng)絡(luò)切片的功能。接入網(wǎng)能感知切片，針對(duì)不同切片的流量在PDU會(huì)話水平上進(jìn)行差異化處理，以實(shí)現(xiàn)資源分配、隔離和質(zhì)量保證的接入網(wǎng)部分切片。傳輸網(wǎng)主要承載不同切片業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間的傳輸。終端接入控制、切片選擇和切片的協(xié)同管理都是核心網(wǎng)負(fù)責(zé)端到端網(wǎng)絡(luò)切片的。移動(dòng)性、會(huì)話管理、計(jì)費(fèi)、QoS、應(yīng)用優(yōu)化功能(CDN等)等多樣化的能力都是核心網(wǎng)所包括的，為切片的定制能力提供了豐富的選擇。核心網(wǎng)部分切片由5G網(wǎng)絡(luò)中部署在NFVI上的不同類型的VNF組合而成，運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)不同的需求，利用網(wǎng)絡(luò)切片構(gòu)造技術(shù)和虛擬資源管理技術(shù)對(duì)VNF進(jìn)行統(tǒng)一的動(dòng)態(tài)編排、部署和調(diào)度，在NFVI上切分出多個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片。不同業(yè)務(wù)類型的網(wǎng)絡(luò)切片的差異主要體現(xiàn)在核心網(wǎng)部分。圖2-1中展示了三個(gè)核心網(wǎng)部分的網(wǎng)絡(luò)切片，切片1面向的是mIoT場(chǎng)景，該切片包含會(huì)話管理，接入管理以及用戶面者三個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能，因?yàn)槠鋾r(shí)延要求不高，所以它的這些網(wǎng)絡(luò)功能都被部署在核心云部分。而切片2和切片3分別面向的是eMBB場(chǎng)景與uRLLC場(chǎng)景，相對(duì)來(lái)說(shuō)，這兩種情況對(duì)延遲的要求都比較高，所以切片2和切片3的用戶面部署在基站更近的邊緣云上，以降低時(shí)延。由于eMBB的業(yè)務(wù)特性，切片2還需部署一個(gè)策略控制功能。雖然不同切片的網(wǎng)絡(luò)功能在同一個(gè)地方使用相同的軟件和硬件平臺(tái)，但不同的切片在邏輯上是完全孤立的，并且對(duì)每個(gè)切片的過(guò)載、故障和配置的調(diào)整對(duì)其他切片沒有影響。（二）網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)看2-2所示，主要包含網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施(NFVI)、NFV管理編排(MANO、切片選擇功能(NSSF)和切片管理功能四個(gè)部分。NSSF3GPP切片管理功能CSMFNSSF3GPP切片管理功能CSMFNFVMANOOs-MaNSMFNFVONSSMF網(wǎng)絡(luò)切片n網(wǎng)絡(luò)切片1接入網(wǎng)切片Or-Vnfm核心網(wǎng)切片網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng) EM1...VNF1 VNFn網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)NSEM1...VNF1VNFMEMnEMnVNFnVe-VnfmVIMNf-ViNFVI計(jì)算資源 存儲(chǔ)資源 網(wǎng)絡(luò)資源ViOr-Vi-Vnfm圖2-2網(wǎng)絡(luò)切片的架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切片有3個(gè)管理功能，分別是通信服務(wù)管理功能(CSMF)，網(wǎng)絡(luò)切片管理功能(NSMF)，網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理功能(NSSMF)。請(qǐng)求通過(guò)CSMF訂購(gòu)網(wǎng)絡(luò)切片，并提供相應(yīng)的切片要求，如網(wǎng)絡(luò)帶寬、延遲和網(wǎng)絡(luò)在線用戶數(shù)量等。CSMF能夠?qū)⑼ㄐ欧?wù)相關(guān)要求轉(zhuǎn)換為與網(wǎng)絡(luò)切片相關(guān)的要求并將其轉(zhuǎn)發(fā)給NSMF。NSMF負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)分段管理，并從相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)分段要求中推導(dǎo)出相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)分段子網(wǎng)要求，再將其轉(zhuǎn)發(fā)給NSSMF。網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)的管理和編排是由NSSMF負(fù)責(zé)的。這樣一來(lái)，用戶的需求來(lái)自CSMF，通過(guò)NSMF和NSSMF逐層分解，然后分布。網(wǎng)絡(luò)切片和網(wǎng)絡(luò)分裂的子網(wǎng)對(duì)應(yīng)于NFV域中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。NSSMF首次向NFVO提出了部署網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的要求，NFVO將網(wǎng)絡(luò)切片模板(NST)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)描述符(NSD)，完成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部署。NFVO負(fù)責(zé)對(duì)一個(gè)或多個(gè)VNF和PNF構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的生命周期進(jìn)行管理。然后NSSMF將服務(wù)配置信息發(fā)送給EM進(jìn)行服務(wù)配置。EM和VNFM共同實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和資源層協(xié)作管理接口。VNFM主要管理VNF的生命周期。NFVI負(fù)責(zé)提供通用的基礎(chǔ)設(shè)施資源，包括物理和虛擬計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源。VIM負(fù)責(zé)管理和監(jiān)控所有NFVI資源。在分段部署完成后，NFVO將資源管理數(shù)據(jù)傳輸給NSSMF,EM將網(wǎng)絡(luò)功能控制數(shù)據(jù)傳輸給NSSMF。NSSMF負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理和維護(hù)的總體管理。子網(wǎng)和NSMF負(fù)責(zé)幾個(gè)分布式子網(wǎng)并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能的核心網(wǎng)元是NSSF，通過(guò)存儲(chǔ)在UE中的網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)識(shí)引導(dǎo)UE接入合適的網(wǎng)絡(luò)切片。網(wǎng)絡(luò)切片由S-NSSAI選擇數(shù)據(jù)確定，該數(shù)據(jù)還包含兩部分信息：一部分是切片服務(wù)類型（SST），其特征是切片特征和業(yè)務(wù)期望；一種是切片區(qū)分符（SD），它補(bǔ)充了SST，并且仍然分離同一SST的多個(gè)切片。SST的值如表格2-1：表2-1網(wǎng)絡(luò)切片的標(biāo)識(shí)符取值Slice/ServicetypeSST取值說(shuō)明eMBB1支持改進(jìn)的5G移動(dòng)寬帶增強(qiáng)處理，而不局限于消費(fèi)者寬帶的一般應(yīng)用程序，包括高質(zhì)量視頻流、高速大文件傳輸?shù)?。URLLC2支持包括工業(yè)自動(dòng)化（遠(yuǎn)程）控制系統(tǒng)在內(nèi)的應(yīng)用的超可靠低延遲通信。mIoT3高效地支持海量高密度的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（三）網(wǎng)絡(luò)切片的生命周期網(wǎng)絡(luò)切片的生命周期是網(wǎng)絡(luò)切片管理功能中的一個(gè)重要概念，在真實(shí)5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的體現(xiàn)則是對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例(NSI)的不同階段的管理。如圖2-3所示，準(zhǔn)備階段、實(shí)例化階段、運(yùn)行階段和退役階段通常都包括在NSI的生命周期中。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備驗(yàn)證實(shí)例化、配置、激活運(yùn)行時(shí)監(jiān)督退役取消激活停止報(bào)告網(wǎng)絡(luò)環(huán)境準(zhǔn)備激活實(shí)例化/配置修改圖2-.3網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例的生命周期（1）準(zhǔn)備階段：在創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例之前需要一個(gè)準(zhǔn)備階段，這個(gè)階段包括設(shè)計(jì)和檢查網(wǎng)絡(luò)切片。所謂切片的設(shè)計(jì)主要是指根據(jù)客戶的服務(wù)需求，生成NST的過(guò)程，NST中主要包含對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片各個(gè)方面結(jié)構(gòu)和配置參數(shù)的描述，以及NSI實(shí)例化和控制的方法。在生成相應(yīng)的NST之后還需還對(duì)其描述形式與參數(shù)值進(jìn)行可行性驗(yàn)證。并且在這些切片模板上線之前，需要準(zhǔn)備所需的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，用于支持NSI的生命周期以及網(wǎng)絡(luò)中所需的其他準(zhǔn)備工作。（2）激活階段、實(shí)例化與配置：網(wǎng)絡(luò)切片的創(chuàng)建過(guò)程是NSI的一個(gè)實(shí)例化過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)切片管理器先對(duì)NST進(jìn)行解析，提取其中對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片的描述信息。首先根據(jù)資源參數(shù)信息向基礎(chǔ)設(shè)施層申請(qǐng)所需的邏輯資源。之后還要對(duì)資源進(jìn)行劃分將其和其它網(wǎng)絡(luò)切片的資源進(jìn)行隔離。然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)功能參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⑥D(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)描述符(NSD)或網(wǎng)絡(luò)功能描述符(NFD)以及網(wǎng)絡(luò)功能轉(zhuǎn)發(fā)圖(VNFFG)。接下來(lái)將上述提取出來(lái)的信息資源隔離接口發(fā)送給NFVMANO進(jìn)行編排。NFVMANO中的NFVO能夠?qū)λ暾?qǐng)的物理和虛擬資源進(jìn)行編排，并且在網(wǎng)絡(luò)管理器的幫助下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能和相關(guān)接口的實(shí)例化。同時(shí)在保證網(wǎng)絡(luò)的連通性的基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行編排。上述的實(shí)例操作全部完成之后，就可以在切片管理器中進(jìn)行注冊(cè)、激活。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例化完成，并進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。（3）運(yùn)行階段：在此階段，運(yùn)營(yíng)商使用網(wǎng)絡(luò)管理提供的接口，既可以對(duì)切片所在的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，它還可以監(jiān)控切片或子網(wǎng)切片，甚至可以監(jiān)控業(yè)務(wù)。從監(jiān)控得到的結(jié)果中可以使運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)。維護(hù)的內(nèi)容包括資源、網(wǎng)絡(luò)功能、故障告警或運(yùn)營(yíng)策略。修改可以映射到與運(yùn)行時(shí)任務(wù)相關(guān)的若干工作流，例如，升級(jí)，重新配置，NSI擴(kuò)展，NSI容量的變化，NSI拓?fù)涞淖兓?，與NSI的網(wǎng)絡(luò)功能的關(guān)聯(lián)和解除關(guān)聯(lián)。（4）退役階段：網(wǎng)絡(luò)切片管理器收到切片退役的指令后，首先取消激活相應(yīng)的切片實(shí)例，然后會(huì)向MANO發(fā)送通知，終止切片相關(guān)的VNF，并釋放切片占用的資源。在完成資源回收之后，還需要在注冊(cè)表中刪除掉NSI的所有記錄。運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片的管理也失去了權(quán)限。由于網(wǎng)絡(luò)切片的隔離性，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片的退役不會(huì)對(duì)其它網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)造成影響。三、5G網(wǎng)絡(luò)切片的編排方案（一）網(wǎng)絡(luò)切片的編排1.網(wǎng)絡(luò)切片編排介紹網(wǎng)絡(luò)切片的所謂編排是指商業(yè)場(chǎng)景的需求和模式，在進(jìn)行切片實(shí)例化時(shí)為切片分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源。圖3-1示出了網(wǎng)絡(luò)切片演示的基本過(guò)程。圖3-1網(wǎng)絡(luò)切片的編排過(guò)程首先，網(wǎng)絡(luò)切片供應(yīng)商將相應(yīng)的NST注冊(cè)到網(wǎng)絡(luò)切片編排功能模塊中。從前一節(jié)的介紹可知，網(wǎng)絡(luò)切片可以看作是實(shí)例化的網(wǎng)絡(luò)切片模板(NST)。其中，NST包含了業(yè)務(wù)場(chǎng)景所需的網(wǎng)絡(luò)功能模板以及這些功能模塊所需的網(wǎng)絡(luò)資源等信息。主要在NFV的MANO和NFVO提供下，網(wǎng)絡(luò)切片編排功能得到VNFM和VIM的支持。在注冊(cè)好NST之后，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商會(huì)為NST設(shè)計(jì)具體的網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)方案（比如VNF位置、數(shù)量、類型的選?。┎⑵浒l(fā)送給網(wǎng)絡(luò)切片編排功能。然后網(wǎng)絡(luò)編排功能根據(jù)NST向NFVI申請(qǐng)相關(guān)資源，并在申請(qǐng)到的資源上實(shí)例化網(wǎng)絡(luò)切片。在NSI的運(yùn)行中，網(wǎng)絡(luò)切片編排功能還可以監(jiān)視和管理NSI，并且可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)量，對(duì)NSI所占需的資源的進(jìn)行擴(kuò)容縮容動(dòng)態(tài)調(diào)整。2.網(wǎng)絡(luò)切片的編排問(wèn)題近兩年關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)切片的編排技術(shù)研究主要集中在核心網(wǎng)部分切片在NFVI上的部署，也就是說(shuō)，通過(guò)在NFVI的切片內(nèi)找到VNF的最佳展開位置，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)。所以網(wǎng)絡(luò)切片的編排問(wèn)題實(shí)際上是網(wǎng)絡(luò)切片的映射問(wèn)題。由上節(jié)可知，網(wǎng)絡(luò)切片由VNF以及VNF之間的虛擬鏈路組成，與NFV的服務(wù)功能鏈(SFC)類似，但是網(wǎng)絡(luò)切片可以由一條或者多條SFC組成，所以網(wǎng)絡(luò)切片映射問(wèn)題的研究工作可以參考NFV中的SFC部署問(wèn)題的思路來(lái)進(jìn)行。VNF映射和虛擬鏈路映射是NFVI中網(wǎng)絡(luò)切片的映射過(guò)程。將VNF映射到NFVI物理節(jié)點(diǎn)的過(guò)程就是VNF映射，該過(guò)程需要滿足VNF的CPU資源、存儲(chǔ)器資源和存儲(chǔ)資源需求；虛擬鏈接映射是一個(gè)將虛擬鏈路映射到基于虛擬鏈接的鏈接的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，必須滿足網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)QoS的虛擬鏈接要求。在網(wǎng)絡(luò)切片的生命周期中，初始映射階段和過(guò)渡映射階段都被稱為切片的映射。初始映射是建立網(wǎng)絡(luò)切片時(shí)在NFVI中的映射。遷移映射階段中，網(wǎng)絡(luò)切片內(nèi)VNF的映射位置會(huì)發(fā)生變更。根據(jù)切片內(nèi)的業(yè)務(wù)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，以保障切片的性能。但是結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)切片的特點(diǎn)，對(duì)前人研究工作進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)存在兩個(gè)明顯的問(wèn)題：（1）優(yōu)化目標(biāo)單一：僅為優(yōu)化目的（如網(wǎng)絡(luò)延遲或資源利用）開發(fā)映射模型并非詳盡無(wú)遺。因?yàn)閷?duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)切片的時(shí)候不僅要考慮如何使網(wǎng)絡(luò)切片的Qos最佳和資源利用略，還需要考慮切片的運(yùn)營(yíng)成本。（2）忽略了網(wǎng)絡(luò)切片對(duì)網(wǎng)絡(luò)Qos的差異化需求：目前的研究主要關(guān)注的是降低切片的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，根據(jù)3GPP規(guī)范中的對(duì)于網(wǎng)絡(luò)切片的KPI描述，其中三個(gè)方面是切片的網(wǎng)絡(luò)Qos主要體現(xiàn)，即時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)和丟包率。不同類型的網(wǎng)絡(luò)切片對(duì)于網(wǎng)絡(luò)Qos的要求不同。（二）5G網(wǎng)絡(luò)切片編排方案網(wǎng)絡(luò)切片編排的核心是NFVI中網(wǎng)絡(luò)切割的映射。該問(wèn)題定義如下：NFVI從虛擬鏈路滿足網(wǎng)絡(luò)切片性能要求、網(wǎng)格切片的VNF計(jì)算容量要求和帶寬資源要求的假設(shè)出發(fā)，找到一個(gè)映射位置模型，在一定的指標(biāo)下，可以通過(guò)切片來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的VNF和虛擬鏈路。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)映射研究追求的是優(yōu)化的唯一目標(biāo)，而不考慮為了維護(hù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量而對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同要求。因此，針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，本文在現(xiàn)有研究的切片映射模型的基礎(chǔ)上提出兩點(diǎn)改進(jìn)措施：（1）以網(wǎng)絡(luò)切片的網(wǎng)絡(luò)性能和運(yùn)營(yíng)成本作為聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)，其中網(wǎng)絡(luò)切片的網(wǎng)絡(luò)性能主要由網(wǎng)絡(luò)切片的Qos值來(lái)體現(xiàn)。（2）針對(duì)不同類型的網(wǎng)絡(luò)切片Qos值，通過(guò)為丟包率、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)，分配不同的權(quán)值占比，設(shè)計(jì)不同類型的網(wǎng)絡(luò)切片Qos值計(jì)算方式。在圖3-2中顯示了網(wǎng)絡(luò)切片編排的具體過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)切片的編排方案主要包括輸入的網(wǎng)絡(luò)切片信息、NFVI資源信息、網(wǎng)絡(luò)切片映射優(yōu)化模型和映射算法。圖3-2網(wǎng)絡(luò)切片編排具體過(guò)程1.底層資源網(wǎng)絡(luò)在真實(shí)環(huán)境中，5G底層物理網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)中心形式存在的，即底層物理網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)分散在不同位置的服務(wù)節(jié)點(diǎn)、交換節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間相互組網(wǎng)構(gòu)成，如圖3-3所示。在5G中，NFV技術(shù)被用于在數(shù)據(jù)處理中心虛擬化和抽象基礎(chǔ)設(shè)施中虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能(NFVI)中的各種物理網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，以執(zhí)行真正網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中不同資源的統(tǒng)一管理。并且為了降低問(wèn)題的復(fù)雜度，本文進(jìn)一步將NFVI簡(jiǎn)化成一個(gè)底層資源網(wǎng)絡(luò)模型，如圖3-4所示。資源網(wǎng)絡(luò)的基本模型由分散在不同地點(diǎn)的資源節(jié)點(diǎn)和連接這些節(jié)點(diǎn)的通信渠道組成。在這些節(jié)點(diǎn)中，計(jì)算資源的屬性是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有的，帶寬的屬性和網(wǎng)絡(luò)Qos的屬性也都是每個(gè)通信線路所擁有的。圖3-3實(shí)際環(huán)境中底層網(wǎng)絡(luò)示意圖圖3-4底層資源網(wǎng)絡(luò)在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，底層資源網(wǎng)絡(luò)可以運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段，并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組件的生命周期，可以在不同的時(shí)間創(chuàng)建、修改和停用這些網(wǎng)段。所以在不同的時(shí)刻，隨著網(wǎng)絡(luò)切片生命周期的變化，基本資源網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)將會(huì)改變。更好地反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，本文在底層資源網(wǎng)絡(luò)的模型中引入了系統(tǒng)快照t的概念。系統(tǒng)快照t被用來(lái)表示系統(tǒng)在固定時(shí)間間隔中的狀態(tài)，系統(tǒng)狀態(tài)（如切片VNF的數(shù)量，系統(tǒng)中的資源使用情況，系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等）可能因快照而異。2.網(wǎng)絡(luò)切片初始映射模型網(wǎng)絡(luò)切片的編排就是找出網(wǎng)絡(luò)切片中包含的VNF和虛擬鏈路在底層網(wǎng)絡(luò)上的資源節(jié)點(diǎn)和資源鏈路的最佳映射位置。在初始映射階段，網(wǎng)絡(luò)切片的VNF在底層網(wǎng)絡(luò)上映射位置不會(huì)改變。原始映射階段包括初始和轉(zhuǎn)換階段。在網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行實(shí)例化時(shí)，只需要根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)，如果滿足切片性能要求，求解VNF或虛擬鏈路的映射位置，然后在底層資源網(wǎng)絡(luò)上實(shí)例化這些VNF和虛擬鏈路即可。在網(wǎng)絡(luò)切片的修改期，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片中VNF或虛擬鏈路所需的資源進(jìn)行調(diào)整（擴(kuò)容/縮容），以適應(yīng)流量的變化。對(duì)于VNF或虛擬鏈路的資源擴(kuò)容請(qǐng)求，如果該請(qǐng)求申請(qǐng)的額外資源未超過(guò)其所映射的底層節(jié)點(diǎn)或鏈路的可用資源限制，則直接在底層網(wǎng)絡(luò)中為這些擴(kuò)容請(qǐng)求分配資源。40404030網(wǎng)絡(luò)切片VNF1VNF2VNF37060底層資源網(wǎng)絡(luò)方案1方案2方案3RN28RN370 RN178RN4RN610RN59080100資源鏈路時(shí)延（ms）（us）丟包率單價(jià)(RN1,RN2)2.1230 0.00320.7(RN2,RN3)2.4210 0.00410.7(RN3,RN4)2.9220 0.00420.7(RN4,RN5)3.5300 0.00440.7(RN5,RN6)2.7400 0.00390.7(RN6,RN1)3.1500 0.00380.7(RN2,RN6)2.8380 0.00450.7(RN2,RN5)3.6290 0.00420.7(RN3,RN5)3.0540 0.00450.7資源節(jié)點(diǎn)RN1RN2RN3RN4RN5RN6單0.50.40.60.7 0.60.8：eMBB：7ms丟包率約束：0.005圖3-5網(wǎng)絡(luò)切片VNF的初始映射圖3-5展示了了一個(gè)三個(gè)VNF網(wǎng)絡(luò)切片在6節(jié)點(diǎn)的底層網(wǎng)絡(luò)上的初始映射過(guò)程，在滿足網(wǎng)絡(luò)切片的資源需求和網(wǎng)絡(luò)性能需求的情況下，映射方案一共有三種。經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出各指標(biāo)的三個(gè)公式值，如表3-1所示。3-1方案指標(biāo)計(jì)算資源成本帶寬資源成本總時(shí)延平均抖動(dòng)平均丟包率154￥8.4￥4.3ms220us0.00365261￥8.4￥5.3ms215us0.00415370￥8.4￥6.4ms260us0.00430從表3-1中可以明顯看出方案1為網(wǎng)絡(luò)切片初始映射的最好方案，其中VNF映射方案為{VNF1→RN6，VNF2→RN1，VNF3→RN2}，虛擬鏈路映射方案為{(VNF1,VNF2)→(RN6,RN1),(VNF2,VNF3)→(RN1,RN2)}。3.網(wǎng)絡(luò)切片遷移映射模型另外，VNF的遷移還需要VNF實(shí)例在遷移前和遷移后的狀態(tài)保持一致，這需要VNF實(shí)例在遷移后的運(yùn)行數(shù)據(jù)和遷移前保持一致。因此可以得出，所謂VNF的遷移，就是先在舊的服務(wù)節(jié)點(diǎn)上卸載刪除VNF實(shí)例，接著在新的服務(wù)節(jié)點(diǎn)上通過(guò)對(duì)應(yīng)的安裝包和配置文件安裝啟動(dòng)VNF實(shí)例，然后將VNF實(shí)例存在舊服務(wù)節(jié)點(diǎn)上的運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)通信鏈路傳輸至新服務(wù)節(jié)點(diǎn)，遷移后的VNF實(shí)例通過(guò)加載這些運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)達(dá)到與遷移前的狀態(tài)一致，到目前為止，VNF實(shí)例傳輸就已經(jīng)完成了。如果切片擴(kuò)容請(qǐng)求超過(guò)了可用資源限制，則進(jìn)入遷移映射階段。網(wǎng)絡(luò)切片編排器會(huì)自動(dòng)將這些擴(kuò)容請(qǐng)求超過(guò)限制的VNF或虛擬鏈路進(jìn)行遷移，轉(zhuǎn)到滿足其資源要求的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或鏈路。除此之外，在網(wǎng)絡(luò)切片的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)，切片管理器還會(huì)根據(jù)VIM上報(bào)的底層網(wǎng)絡(luò)負(fù)載信息來(lái)對(duì)VNF進(jìn)行遷移映射。當(dāng)?shù)讓淤Y源節(jié)點(diǎn)的資源利用率過(guò)高（大于85%）時(shí)，為了避免底層節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的服務(wù)器因負(fù)載過(guò)大而宕機(jī)，網(wǎng)絡(luò)切片編排器會(huì)將該底層節(jié)點(diǎn)上所運(yùn)行的VNF遷移至其他資源足夠且負(fù)載較輕的新節(jié)點(diǎn)。圖3-6所示為基本的VNF遷移映射過(guò)程。圖3-6網(wǎng)絡(luò)切片VNF遷移映射圖3-6中，網(wǎng)絡(luò)切片中的VNF3節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)容操作，所需的計(jì)算資源由原來(lái)的30增加為60，這導(dǎo)致了2號(hào)的底層節(jié)點(diǎn)的負(fù)載狀態(tài)進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)。在收到這一消息的網(wǎng)絡(luò)切片編排器，對(duì)VNF3進(jìn)行遷移映射，將其映射至4號(hào)的底層節(jié)點(diǎn)上。遷移映射方案為：VNF映射方案為{VNF3→RN5}，{(VNF2,VNF3)→(RN2,RN5)}是虛擬鏈路的映射方案。（三）本章小結(jié)在本章中，本篇文章對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片的編排問(wèn)題進(jìn)行了研究，并將其映射為網(wǎng)絡(luò)切片中的VNF和虛擬鏈路在NFVI上的映射問(wèn)題。然后，本文充分考慮到了現(xiàn)實(shí)情況網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的復(fù)雜性，將NFVI進(jìn)一步抽象為一個(gè)底層資源網(wǎng)絡(luò)，并建立了網(wǎng)絡(luò)切片請(qǐng)求的數(shù)學(xué)模型。然后根據(jù)不一樣類型的網(wǎng)絡(luò)切片特征和需求，提供了一個(gè)模式來(lái)顯示多目標(biāo)、協(xié)作、以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。四、結(jié)論本節(jié)主要介紹和分析有關(guān)5G網(wǎng)絡(luò)切片的相關(guān)知識(shí)。其中簡(jiǎn)要介紹了5G的愿景、需求和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并闡明了將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)劃分為5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要性;介紹了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的核心技術(shù)——NFV的基本概念與架構(gòu)；對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片的概念，架構(gòu)體系，生命周期等相關(guān)知識(shí)更加重視；為之后的研究奠定了理論的基礎(chǔ)。最后探討了網(wǎng)絡(luò)切片編排問(wèn)題，指出5G網(wǎng)絡(luò)分段計(jì)劃的進(jìn)一步研究方向。但是后續(xù)對(duì)于切片編排的研究可以考慮引入如資源利用率和吞吐量，提出更合理的安置方案，以對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行更為全面的優(yōu)化。同時(shí)，設(shè)計(jì)中對(duì)于網(wǎng)絡(luò)切片編排方案的設(shè)計(jì)都是在同一個(gè)服務(wù)域內(nèi)進(jìn)行的，沒有考慮到切片的編排在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中可能會(huì)跨域進(jìn)行，后續(xù)的研究工作可以考慮網(wǎng)絡(luò)切片的跨域編排，使網(wǎng)絡(luò)切片編排研究更加完善。參考文獻(xiàn)[1]IMT-2020(5G)推進(jìn)組,5G愿景與需求,[2]IMT-2020(5G)推進(jìn)組,5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)白皮書,[3]ZHANGN,YANGP,ZHANGS,etal.SoftwareDefinedNetworkingEnabledWirelessNetworkVirtualization:ChallengesandSolutions[J].IEEEnetwork,2017.[4]ORDONEZ-LUCENAJ,AMEIGEIRASP,LOPEZD,etal.NetworkSlicingfor5GwithSDN/NFV:Concepts,Architectures,andChallenges