CN111741536A - 一种用于5g网络的动态网络切片方法和系统 - Google Patents
一种用于5g网络的动态网络切片方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于5G网络的动态网络切片方法和系统,所述动态网络切片方法包括以下步骤:步骤S1,创建网络切片;步骤S2,按照逻辑信道优先级MLCP实现调度,判断是否有空余资源,若是则跳转至步骤S3,若否则跳转至步骤S4;步骤S3,判断是否所有承载调度完毕,若否则返回步骤S2,若是则跳转至步骤S4’;步骤S4,判断是否满足最小保证速率GBR,若是则调整其调度优先级,若否则结束本次调度;步骤S4’,判断是否满足最小保证速率GBR,若是则调整其调度优先级后,返回查询是否有剩余的逻辑信道优先级MLCP未调度。本发明通过逻辑信道优先级方式来实现网络切片之间的调度资源共享,有效避免了无线资源浪费等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种网络切片方法,尤其涉及一种用于5G网络的动态网络切片方法,并进一步涉及采用了该用于5G网络的动态网络切片方法的动态网络切片系统。
背景技术
网络切片作为5G的关键技术被标准组织引入用来解决多样化行业应用场景需求,通过网络切片可以为运营商提供定制化的网络,满足用户在优先级、计费、策略控制、安全、移动性,时延、可靠性和速率等性能方面的差异化的需求。
5G网络典型的三大场景包括:移动宽带、大规模物联网和低时延高可靠通信。三大应用场景对网络服务的需求是不相同的:第一、移动宽带,面向4K/8K超高清视频、全息技术、增强现实/虚拟现实等应用,对网络带宽和速率要求较高。第二、大规模物联网,海量的物联网传感器部署于测量、建筑、农业、物流、智慧城市和家庭等领域,这些传感器设备是非常密集的,规模庞大,且大部分是静止的,对时延和移动性要求不高。第三、低时延高可靠通信,主要应用于无人驾驶、车联网、自动工厂和远程医疗等领域,要求超低时延和高可靠性。
那么,如何做到5G网中不同切片之间的服务质量保障和网络资源的最大化,则是目前业务研究的重点之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够实现网络切片之间的调度资源共享,避免无线资源浪费的用于5G网络的动态网络切片方法,还进一步提供采用了该用于5G网络的动态网络切片方法的动态网络切片系统。
对此,本发明提供一种用于5G网络的动态网络切片方法,包括以下步骤:
步骤S1,创建网络切片,并对创建的网络切片初始化;
步骤S2,按照逻辑信道优先级MLCP实现调度,并判断是否有空余资源可以调度,若是则跳转至步骤S3,若否则跳转至步骤S4;
步骤S3,判断是否所有承载调度完毕,若否则返回步骤S2,若是则跳转至步骤S4’;
步骤S4,判断网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾,若否则结束本次调度;
步骤S4’, 判断网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾后跳转至步骤S5,若否则直接跳转至步骤S5;
步骤S5,返回查询是否有剩余的逻辑信道优先级MLCP未进行调度,若是则返回步骤S2,若否则结束本次调度。
本发明的进一步改进在于,所述步骤S1包括以下子步骤:
步骤S101,创建网络切片;
步骤S102,根据网络切片的属性确定静态无线资源比例;
步骤S103,根据网络切片的属性设定切片优先级;
步骤S104,根据切片优先级加权逻辑信道优先级MLCP。
本发明的进一步改进在于,所述步骤S101中,小区在创建时,发起一个无线接入网RAN的网络切片创建流程,在进行网络认证后获取绑定的单一网络切片选择辅助信息标识集NASSI。
本发明的进一步改进在于,所述步骤S102中,根据网络切片预配置的QoS参数里面所包含静态预留无线资源比例确定其静态无线资源比例;所述步骤S103中,通过网络切片的属性映射到切片优先级中,或在创建的时候,根据应用来进行区分切片优先级。
本发明的进一步改进在于,所述步骤S2中,按照逻辑信道优先级MLCP实现调度的过程中,调度器根据逻辑信道优先级MLCP优先级顺序进行从高到低的排序和调度,针对每个逻辑信道优先级MLCP内的多个承载,通过时间片轮转调度算法(RR)、最大载干比调度算法(MAX CI)以及比例公平调度算法(PFS)中的任意一种进行调度,每个承载的调度通过QoS参数进行服务质量约束。
本发明的进一步改进在于,当采用比例公平调度算法PFS实现调度的时候,通过公
式定义所述调度优先级,其中,为当前信道条件下的瞬
时速率,为逻辑信道j在时隙n-1平滑处理后的历史流量,j为逻辑信道序号,n为
时隙编号。
本发明的进一步改进在于,通过公式计算平滑处理后的历史流量,
其中,为历史流量的平滑系数,该历史流量的平滑系数的取值范围为0~1;为逻辑信道j在时隙 n-2下的瞬时速率,为逻辑信道j在时隙 n-1下
的瞬时速率。
本发明的进一步改进在于,在实现调度的过程中,通过限制网络切片的调度流量不超过最大保证速率MBR的限速要求。
本发明还提供一种用于5G网络的动态网络切片系统,采用了如上所述的用于5G网络的动态网络切片方法,并包括:
网络切片创建模块,用于创建网络切片,并对创建的网络切片初始化;
调度模块,用于按照逻辑信道优先级MLCP实现调度,并判断是否有空余资源可以调度,若是则跳转至承载调度判断模块,若否则跳转至调度优先级调整模块;
承载调度判断模块,用于判断是否所有承载调度完毕,若否则返回所述调度模块,若是则跳转至调度优先级调整模块;
调度优先级调整模块,判断网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾,若否则结束本次调度;
逻辑信道优先级查询模块,返回查询是否有剩余的逻辑信道优先级MLCP未进行调度,若是则返回所述调度模块,若否则结束本次调度。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:限定网络切片间的调度方式通过逻辑信道优先级方式来实现网络切片之间的调度资源共享,有效避免了静态切片而导致的无线资源浪费等问题,在此基础上,还在调度过程中统计每一个逻辑信道的历史流量,如果某个网络切片的调度流量达到了最小保证速率GBR,则将此网络切片相关的调度优先级降低到队尾,并在调度中同时限制网络切片的调度流量不超过最大保证速率MBR的限速要求,进而满足5G网络的实际需求,提高5G网络的资源动态匹配程度,并保证了5G网络的可靠性能。
附图说明
图1是本发明一种实施例的工作流程示意图;
图2是本发明一种实施例的网络切片创建工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
网络切片,本质上就是将运营商的物理网络划分为多个虚拟网络,每一个虚拟网络根据不同的服务需求,比如时延、带宽、安全性和可靠性等来划分,以灵活的应对不同的网络应用场景,以最大限度地提高客户价值。
网络切片实现虚拟网络的常规方法是网络功能虚拟化(NFV,Network FunctionVirtualization)和SDN(Soft Definition Network)的技术。通过对各种物理或逻辑网络资源,比如频段、时间、设备、端口和带宽等进行虚拟化,网络切片将网络资源切分成更细的粒度或者聚合成更粗的粒度,并借助相关软件灵活地将网络资源按需分配给不同用户,在满足每个用户个性化需求的同时,保证不同用户间的网络资源相互隔离。
5G网络切片是包含对虚拟网络资源的端到端管理,整个网络切片又分为无线网络,承载网,核心网几个子切片;本例的重点在于无线资源管理的无线网络切片。
在标准定义中,5G网络切片,是基于每PDU SEESION的切片网络,需要通过无线接入网RAN侧和CN侧的联合处理,以达到对于不同用户数据,用户类型的准入/拒绝/抢占,资源分配/调度,路由的差异化处理,每一个网络切片都由一个唯一的S-NSSAI ID所标识,该S-NSSAI ID指的是单一网络切片选择辅助信息标识的ID。
每一个网络切片所对应的服务类型由SLA(Service Level Agreement)定义,同一无线接入网RAN可以支持多个网络切片,多个网络切片之间的无线资源管理,协议中不做规定,可以选择共享动态无线资源,也可以选择独立固定无线资源,甚至可以做硬件上的隔离来实现网络切片。
网络切片的粒度是以会话PDU SESSION为单位,临时 UE 标识可以建立多个会话PDU SESSION,而每一个会话PDU SESSION在无线接入网RAN侧可以由多个承载DRB组成。
无线网络的网络切片根据对象可以分为:基于服务质量的网络切片,即基于不同QoS进行切片,可以为用户提供定制化的服务;基于资源的网络切片,即包括基于无线资源和物理资源的切片;基于虚拟运营的网络切片,即分配给虚拟运营商(Mobile VirtualNetwork Operator, MVNO)的一个网络资源子集。
未来可预期的典型5G应用场景包括传统通信、工业互联网和远程医疗等,在服务模式、可用带宽、传输速率、安全性及可靠性等应用需求上存在较大差异,因而对网络切片技术提出了很高的要求。
比如,既可以切分出低时延切片,也可以切分出高带宽切片,还可以切分出海量连接切片。如果用户对安全有极致的要求,还可以交付给用户端到端的独享切片。
通过网络切片,用户可以获得以下三点价值:保证业务的 SLA,包括带宽,延迟,丢包和抖动等传统网络指标;隔离,获得一个逻辑上独立的网络,避免网络风险,同时避免泄密;自运维,切片租户可以查看自己切片有关的网络统计指标和状态。
接入网络中无线资源的隔离可以分为物理隔离和逻辑隔离。物理隔离是给网络切片分配专用频谱带宽,逻辑隔离是无线资源按照不同切片的要求按需分配,这时分配给每个切片的资源块可以是静态的或者是动态的。
物理隔离方式实现成本较高,资源分配不够灵活,而逻辑隔离可以在共享频谱的情况下由基站调度器动态调配资源块以满足不同切片的传输要求,有利于提高频谱资源的利用率,因此,行业应用一般首选逻辑隔离方案来满足网络切片在无线空口侧的隔离要求。
在逻辑隔离方案中,5G网络中的切片之间的资源分配可以是静态的,也可以是动态。以高带宽子切片中的动态资源共享为例,如何做到不同切片之间的服务质量保障和网络资源的最大化是目前业务研究的重点之一。
如图1所示,本例提供一种用于5G网络的动态网络切片方法,包括以下步骤:
步骤S1,创建网络切片,并对创建的网络切片初始化;
步骤S2,按照逻辑信道优先级MLCP实现调度,并判断是否有空余资源可以调度,若是则跳转至步骤S3,若否则跳转至步骤S4;
步骤S3,判断是否所有承载调度完毕,若否则返回步骤S2对逻辑信道优先级MLCP内的多个承载进行调度,并判断是否有空余资源可以调度,若是则跳转至步骤S4’;
步骤S4,判断网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾,若否则结束本次调度;
步骤S4’, 判断网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾后跳转至步骤S5,若否则直接跳转至步骤S5;
步骤S5,返回查询是否有剩余的逻辑信道优先级MLCP未进行调度,若是则返回步骤S2按照逻辑信道优先级MLCP从高到低实现调度,对逻辑信道优先级MLCP内的多个承载进行调度,并判断是否有空余资源可以调度,若否则结束本次调度。
本例所述用于5G网络的动态网络切片方法也是一种网络切片之间无线资源动态分配的方法,网络切片1和网络切片2属于5G网络中同类型切片中的切片。终端在接入网络时通过网络切片的S-NSSAI ID的标识分配到一套切片资源,其中切片的SLA信息中包含上下行的最小保证速率GBR和最大保证速率MBR,每一个网络切片中包含了多个用户的承载。
如图2所示,本例所述步骤S1包括以下子步骤:
步骤S101,创建网络切片;
步骤S102,根据网络切片的属性确定静态无线资源比例;
步骤S103,根据网络切片的属性设定切片优先级;
步骤S104,根据切片优先级加权逻辑信道优先级MLCP。
本例所述步骤S101中,小区在创建时,发起一个无线接入网RAN的网络切片创建流程,UE在进行网络认证后获取绑定的单一网络切片选择辅助信息标识集NASSI;在UE(终端)网络注册流程中也可以同步实现单一网络切片选择辅助信息标识集NASSI的绑定,所述单一网络切片选择辅助信息标识集NASSI指的是单一网络切片选择辅助信息标识S-NASSI的集合。
本例所述步骤S102中,根据网络切片预配置的QoS参数里面所包含静态预留无线资源比例确定其静态无线资源比例,如果此QoS参数的配置为0,表示不进行静态资源预留;所述步骤S103中,通过网络切片的属性映射到切片优先级中,或在创建的时候,根据应用来进行区分切片优先级,比如可以将URLLC切片(ultra-Reliable Low latencyCommunications切片)的优先级配置为最高,同一类增强移动宽带eMBB的多个网络切片之间,也可以在创建的时候,根据应用来进行区分切片优先级,这个最终会映射到逻辑信道优先级MLCP中。
本例所述步骤S104中,在调度过程中,网络切片的优先级通过加权方式体现在逻
辑信道优先级MLCP的中,比如通过预配置或者特定映射规则实现网络切片优先
级到逻辑信道优先级的映射,此处网络切片优先级到逻辑信道优先级的映射可以有两种方
式,一种是预先设置固定的映射规则,比如根据切片类型中包含的5QI(5G QoS索引)信息直
接应该映射到逻辑信道优先级,另外一种方式是设计一种动态映射公式,将切片优先级、切
片类型以及5QI等参数加权到逻辑信道优先级的计算中。这个映射规则是可以预先设置和
调整的,也可以直接采用第一种方式。其中,指的是逻辑信道i的逻辑信道优先
级MLCP。
本例所述步骤S2中,按照逻辑信道优先级MLCP实现调度的过程中,调度器根据逻
辑信道优先级MLCP的优先级顺序进行从高到低的排序和调度,针对每个逻辑信
道优先级MLCP内的多个承载,通过时间片轮转调度算法(RR)、最大载干比调度算法(MAX
CI)以及比例公平调度算法(PFS)中的任意一种进行调度,每个承载的调度通过QoS参数进
行服务质量约束。多个承载实现多承载调度具体包括通过时间片轮转调度算法RR、最大载
干比调度算法MAX CI以及比例公平调度算法PFS中的任意一种进行调度。
本例所述步骤S3中,判断逻辑信道优先级MLCP内的所有承载是否调度完毕,判断逻辑信道优先级MLCP内的所有承载调度完毕的方式为该逻辑信道优先级MLCP内所有承载都已经得到调度机会,若否则返回步骤S2实现其它承载的调度,其它承载包括时间片轮转调度算法RR、最大载干比调度算法MAX CI以及比例公平调度算法PFS中的任意一种进行承载调度,若是则跳转至步骤S4’;所述步骤S4’中, 判断当前的网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾后跳转至步骤S5,若否则直接跳转至步骤S5;所述步骤S5中,返回查询是否有剩余的逻辑信道优先级MLCP未进行调度,若是则返回步骤S2,若否则结束本次调度。当前的网络切片指的是当前时隙n所对应的网络切片。
本例所述步骤S4中,判断网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾,若否则结束本次调度。
本例在调度过程中,会自动统计每一个逻辑信道的历史流量,如果某个网络切片
的调度流量达到了最小保证速率GBR,则将此网络切片相关的优先级降低到队
尾,最小保证速率GBR参数在创建网络切片的时候预先配置的,用于描述切片的QoS保障;并
且在实现调度的过程中,通过限制网络切片的调度流量不超过最大保证速率MBR的限速要
求。
本例还提供一种用于5G网络的动态网络切片系统,采用了如上所述的用于5G网络的动态网络切片方法,并包括:
网络切片创建模块,用于创建网络切片,并对创建的网络切片初始化;
调度模块,用于按照逻辑信道优先级MLCP实现调度,并判断是否有空余资源可以调度,若是则跳转至承载调度判断模块,若否则跳转至调度优先级调整模块;
承载调度判断模块,用于判断是否所有承载调度完毕,若否则返回所述调度模块,若是则跳转至调度优先级调整模块;
调度优先级调整模块,判断网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾,若否则结束本次调度;
逻辑信道优先级查询模块,返回查询是否有剩余的逻辑信道优先级MLCP未进行调度,若是则返回所述调度模块,若否则结束本次调度。
综上所述,本例限定网络切片间的调度方式通过逻辑信道优先级方式来实现网络切片之间的调度资源共享,有效避免了静态切片而导致的无线资源浪费等问题,在此基础上,还在调度过程中统计每一个逻辑信道的历史流量,如果某个网络切片的调度流量达到了最小保证速率GBR,则将此网络切片相关的调度优先级降低到队尾,并在调度中同时限制网络切片的调度流量不超过最大保证速率MBR的限速要求,进而满足5G网络的实际需求,提高5G网络的资源动态匹配程度,并保证了5G网络的可靠性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于5G网络的动态网络切片方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1,创建网络切片,并对创建的网络切片初始化;
步骤S2,按照逻辑信道优先级MLCP实现调度,并判断是否有空余资源可以调度,若是则跳转至步骤S3,若否则跳转至步骤S4;
步骤S3,判断是否所有承载调度完毕,若否则返回步骤S2,若是则跳转至步骤S4’;
步骤S4,判断网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾,若否则结束本次调度;
步骤S4’, 判断网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾后跳转至步骤S5,若否则直接跳转至步骤S5;
步骤S5,返回查询是否有剩余的逻辑信道优先级MLCP未进行调度,若是则返回步骤S2,若否则结束本次调度。
2.根据权利要求1所述的用于5G网络的动态网络切片方法,其特征在于,所述步骤S1包括以下子步骤:
步骤S101,创建网络切片;
步骤S102,根据网络切片的属性确定静态无线资源比例;
步骤S103,根据网络切片的属性设定切片优先级;
步骤S104,根据切片优先级加权逻辑信道优先级MLCP。
3.根据权利要求2所述的用于5G网络的动态网络切片方法,其特征在于,所述步骤S101中,小区在创建时,发起一个无线接入网RAN的网络切片创建流程,在进行网络认证后获取绑定的单一网络切片选择辅助信息标识集NASSI。
4.根据权利要求2所述的用于5G网络的动态网络切片方法,其特征在于,所述步骤S102中,根据网络切片预配置的QoS参数里面所包含静态预留无线资源比例确定其静态无线资源比例;所述步骤S103中,通过网络切片的属性映射到切片优先级中,或在创建的时候,根据应用来进行区分切片优先级。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的用于5G网络的动态网络切片方法,其特征在于,所述步骤S2中,按照逻辑信道优先级MLCP实现调度的过程中,调度器根据逻辑信道优先级MLCP优先级顺序进行从高到低的排序和调度,针对每个逻辑信道优先级MLCP内的多个承载,通过时间片轮转调度算法RR、最大载干比调度算法MAX CI以及比例公平调度算法PFS中的任意一种进行调度,每个承载的调度通过QoS参数进行服务质量约束。
9.根据权利要求1至4任意一项所述的用于5G网络的动态网络切片方法,其特征在于,在实现调度的过程中,通过限制网络切片的调度流量不超过最大保证速率MBR的限速要求。
10.一种用于5G网络的动态网络切片系统,其特征在于,采用了如权利要求1至9任意一项所述的用于5G网络的动态网络切片方法,并包括:
网络切片创建模块,用于创建网络切片,并对创建的网络切片初始化;
调度模块,用于按照逻辑信道优先级MLCP实现调度,并判断是否有空余资源可以调度,若是则跳转至承载调度判断模块,若否则跳转至调度优先级调整模块;
承载调度判断模块,用于判断是否所有承载调度完毕,若否则返回所述调度模块,若是则跳转至调度优先级调整模块;
调度优先级调整模块,判断网络切片的调度速率是否满足最小保证速率GBR的要求,若是则调整该网络切片的调度优先级,将其降低至队尾,若否则结束本次调度;
逻辑信道优先级查询模块,返回查询是否有剩余的逻辑信道优先级MLCP未进行调度,若是则返回所述调度模块,若否则结束本次调度。
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