服務化的端到端網絡切片管理與編排原型系統分析

王 博

（中國聯合網絡通信有限公司延邊州分公司，吉林 延吉 136200）

0 引言

隨著移動流量的爆發式增長，傳統的移動網絡在靈活性與擴展性等方面面臨重大挑戰。5G 時代的到來，服務化思想被運用在無線網絡中，提出5G 革新網絡基于服務的架構，將傳統的網元劃分，變為更輕量級的網絡功能模塊，提升資源管理的靈活性。另外，網絡切片技術已經是5G 網絡下開展多樣化業務的關鍵技術?，F下國內外技術人員對5G 網絡資源與網絡切片的管理進行大量研究，獲得了一些成效。但是就作者所知，至今還是缺少開放性的服務化5G 網絡切片為原型的驗證平臺，在此可實現服務化的端到端網絡切片管理與編排原型系統，為此提供驗證平臺。主要研究如下。

1 架構服務化的5G 網絡切片管理

5G 時代下，網絡運營商為了迎合不同用戶的各種需求，需提供有保障的差異化服務。將此作為網絡架構的目標，為不同服務、場景設計專用硬件，但是此形式明顯增加運營商的運營成本［1］?；诖颂摂M化技術下的網絡切片技術已經受到科研部門的關注，希望通過網絡切片技術創建虛擬網絡，以此滿足不同場景的使用需求。另外，服務化的5G 核心網，將網元功能分割，變為更輕量級的網絡服務，以此進一步提升網絡切片技術在網絡部署與管理中的靈活性。對于5G 網絡切片的管理架構，包括以下兩點。

1.1 基于SDN 與NFV 的服務化5G 網絡切片管理架構

服務化的5G 網絡設計的切片管理架構中，提出使用SDN和NFV 技術（圖1），5G 核心網控制面與控制面板是通過集中形式部署數據中心，形成移動云核心網。部分用戶面功能與服務內容，在接入側分布部署，組成分布式移動邊緣核心網。網絡切片的基礎設置管理策略，是由基礎設施管理層的SDN 控制器制定與實施。其中，核心功能控制器主要創建網絡切片服務；流調度控制器則在云與邊緣核心網之間，實施數據的轉換控制與流表配置等。都是通過底層基礎設置與南向接口，完成信息交互。網絡切片中的網絡服務管理與編排，則是由切片管理層負責，在NFV 技術下，有服務管理層根據業務或者運營，支撐子系統，完成服務的注冊、認證與管理編排等工作［2］。

圖1 基于SDN 和NFV 的SG 網絡切片管理架構

切片管理層的切片編排架構包括虛擬化管理編排、網絡切片管理與選擇等。運營商可根據既定策略，為用戶提供制定的網絡切片，滿足多種場景，并將對應的內容緩存服務器與UPF部署在靠近基站的邊緣核心網服務器中，組成eMBB 網絡切片［3］。另外,對于傳統的語音通話業務、寬帶連接業務等問題，可將網絡功能模塊在云核心網平臺中集中部署。將網絡切片互相隔離，實現端到端網絡邏輯，并運用于硬件平臺中，由系統為切片分配不同的網絡寬帶與虛擬服務器資源等。

1.2 網絡服務遷移方案的制定

基于虛擬化技術的服務化5G 網絡切片架構，多種元素都是動態變化的，可結合網絡動態變化，遷移、整理網絡虛擬資源步驟，更好地使用網絡狀態變化。本環節研究的高效虛擬化網絡服務遷移系統模型為圖2，主要定義了三個模塊，分別是VM調度器，負責優化VM 部署；能效評估模塊，負責估計服務器的耗能；LaaS 云管理器，負責數據中心中資源管理、控制與處理客戶需求。

圖2 高能效的網絡服務遷移系統模型

2 服務化的端到端網絡切片管理與編排原型系統設計

作者面向服務化的端到端5G 網絡切片管理與編排系統的設計：

第一，面向虛擬化網絡平臺中基礎設施的管理，要對網絡切片中的網絡功能實施編排、管理。并運用網絡功能虛擬化管理、編排的架構。落實物理設備中構建虛擬網絡切片的實例，更好地進行網絡服務部署。在此將網絡虛擬化基礎設施進行管理，實現VNF 虛擬資源的分配，即虛擬計算資源、儲存網絡資源、虛擬化網絡功能管理等。依據切片管理與編排生成網絡切片描述符，完成VNF 的生命周期管理。例如，借助VNF 多狀態的監控；網絡功能虛擬化編排器執行網絡切片生命周期管理策略等，協調VNFM 進行VNF 生命周期管理，進一步進行各種虛擬化資源的管理。

第二，將切片管理與編排、資源管理與編排、網絡功能虛擬化管理和編排等功能模塊，組成網絡切片操作系統，最終實現網絡切片的監控、設計與配置等。

切片管理與編排主要負責短刀段網絡切片服務的管理與編排，如切片設計、生命周期管理與切片配置等模塊［4］。其中的切片設計模塊則是針對場景需求，設置適合的網絡功能與業務流程等，建立網絡切片模板，可將網絡切片模板翻譯成對應配置的文件。切片配置模塊則以生成配置文件，與網絡功能虛擬化管理和編排等功能模塊進行實時交互等，實現對NSI 中網絡功能的配置，并發送到多模塊功能中。切片生命周期管理模塊則是對網絡切片中所有數據進行分析，最終制定生命周期管理策略。

資源管理與編排則是根據切片管理與編排，生成的網絡切片和配置文件契合的實例化，實現了網絡切片中，多數據資源的管理與編排?；谫Y源管理與編排具有全局網絡資源視圖，所以可以為虛擬化網絡切片提供所需網絡與計算資源，同時可實施資源的分配與監控管理等工作。

網絡功能虛擬化管理與傳統運營體系類似，負責網絡功能中的管理，依據資源管理與編排生成的配置文件，對網絡切片進行服務級的管理。

3 網絡切片管理與編排系統的實現架構

圖3 為服務化5G 網絡端到端切片管理與編排原型驗證平臺的實現架構。這是一組服務架構，各個組件組成一個微服務單元，即獨立研發、部署，然后實現升級與擴展，組件間通過REST 接口交互，另外，引入API 網關，完成對服務的注冊、發布與管理。

圖3 服務化5G 網絡端到端切片管理與編排原型驗證平臺的實現架構

先將OpenStack 和OpenDaylight 集成，完成底層資源管理架構。在OpenStack 中的組建實現了NFVO 功能，從網絡切片需求的數據中心，虛擬出資源與網絡資源的編排，而VNFM 功能，則是利用開源配置管理工具實現，利用VNF 和對應主機的交互，進行切片需求的業務配置與自定義檢測功能的部署。面對VNF 間的連接需求，則借助OpenDaylight 架構虛擬租戶網絡。ODL 控制器是OpenStack 網絡服務的控制與提供者，可以通過OpenStack 節點與OpenFlow 交換機進行通信控制。數據中的OpenStack 節點上運行的OpenvSwitch，還可與OpenFlow交換機互相通信。將VTN－Coordinator 為基礎設置網絡資源管理平臺，以此完成切片所需的數據中心資源的編排。然后對于網絡切片管理與編排，可利用網絡切片操作系統的概念進行核心管理與編排、通用服務、切片設計等。

4 結論

綜上所述，經過多服務化5G 網絡端到端切片管理與編排架構的設計，提出基于SDN 和NFV 的服務化5G 網絡切片管理架構，以此制定網絡服務遷移方案。通過網絡運營平臺，可為用戶提供專業化、定制化的網絡切片服務，實現動態網絡切片狀態的監控。