網絡切片資源映射與編排方法研究*

陸俊杰

廣西民族大學相思湖學院 廣西 南寧 530225

引言

近年來，智能化和信息化的快速發展，使得互聯網深刻改變了人們的日常生活，圍繞日益激增網絡需求的相關手機，電腦﹑平板等設備應用需求也在持續擴大[1]。為了適應當代信息化發展和經濟社會轉型的客觀需求，5G概念已經被正式提出并形成了規模化的應用，能夠滿足爆炸式增長的流量需求以及個性化業務拓展的網絡容量﹑時延和速率升級[2]。與5G網絡發展相對應的是，網絡切片資源映射和編排方法技術要求也在持續提升，在深刻分析網絡切片資源映射與編排方法優化必要性基礎上探索其優化路徑，是信息網絡通信發展的重要方向之一。

1 網絡切片的概念介紹

具體分析相關概念，網絡切片是5G網絡應用中的重要概念。其大致含義是在5G物理網絡基礎上構建可以獨立運行的虛擬網絡，具有切片之間相互隔離﹑端到端網絡連接﹑靈活獨立部署與共聯共享﹑提供區塊化資源集成與專用服務以及對應終端支持和系統化滿足客戶需求等特征[3]。

1.1 5G技術及網絡基礎設施設備

5G技術及網絡基礎設施設備的構建極大程度地提升了信息數據傳輸的速率，降低了延遲問題并提升了通信系統整體的存儲能力，不僅實現在費用可控情況下的通訊性能優化，還能夠支持大量大規模設備實時連接，因此能夠有效解決4G網絡通信存在的各項困難，實現互聯網技術的重大突破以及對全世界的重要影響。

1.2 網絡切片

網絡切片技術與5G通信技術緊密關聯，是一類新型的網絡技術。其基于SDN技術實現數據解耦[4]，作為一類虛擬網絡技術，不完全依賴于實體物理網絡，更側重于對于集中網絡資源的統籌以及分業務板塊特征與需求的信息調配，能夠激發5G通訊在點對點服務﹑個性化部署和獨立板塊運作等方面的通訊優勢，并有效提升網絡技術與通信設備相匹配﹑適應外部特征業務場景需求等性能。

具體細分網絡切片的類型，當前行業內一般按照不同的劃分標準對其進行定位。從應用場景視角出發，業界一般將網絡切片細分為電網切片﹑自動駕駛切片﹑高清視頻切片等與具體業務形態一一耦合的切片類型。從網絡范圍和運作模式視角出發，一般將其細分為接入網切片﹑傳送網切片和核心網切片等，能夠對應覆蓋相應的工作流程與不同的網絡范圍。上述分類體現出了細分類型切片對于不同網絡范圍的高度關注。

從應用層面來看，網絡切片可以被抽象的認為是基于特定業務需求而形成邏輯關聯的虛擬網絡體系，其構成與運作具有相對獨立性和較靈活的共享接入性，在日常運用過程中網絡切片以其特有的計費﹑獨立運維和管理功能，對應服務業態的生命周期，實現創建﹑運行和消亡[5]。

1.3 網絡切片編排

網絡切片編排是優化網絡切片組織形態并提升生存中期的重要舉措。一般認為網絡切片的生存周期及其質量有密切聯系，高質量的網絡切片服務有賴于合理高效的切片編排，從提升資源使用效率和互聯互通效率等角度出發，將網絡切片置于全局視角展開系統編排以及動態優化，有助于運用5G服務為客戶提供需求定制﹑資源支撐的高質量服務。

2 優化網絡切片資源映射與編排方法的現實意義

2.1 網絡切片的優化意義

從網絡切片結合5G網絡應用的現實層面來看，網絡切片技術的存在與發展使得5G通信網絡內每個子網內能夠基于用戶需求運營商資源調配業務形態和終端連接等特征，構建起能夠符合獨立運作要求以及靈活連接設計的網絡服務。網絡切片所對應的虛擬服務能夠在一個進硬件基礎設施中切分出多個虛擬且端到端的子網絡，進而通過終端連入﹑無線接入﹑傳輸存在網聯通以及核心網統籌等方式實現邏輯隔離，使CT系統IT化并以網絡Sdn/Nfv為前提實現虛擬化管理和維護把網絡資源進行虛擬匹配﹑映射，生成不同的邏輯功能，再通過編排器提供相應的服務以滿足各個應用場景對網絡能力的需求，使每個網絡切片的網絡帶寬﹑服務質量﹑安全性等專屬資源都得到保證，以此為智慧城市運營﹑無人駕駛﹑高清視頻傳輸與共享﹑實時通信﹑日常網絡通信等提供類型豐富且穩定高效的服務。持續研究網絡切片技術并優化其編排方法具有重要意義。

但是，當前5G網絡的運維應用也呈現出了網絡切片編排層面的一些問題。

其一是優化目標相對單一，近年來在具體應用場景與5G網絡技術融合層面，不論是學界和業界都將研究重點放在了核心網絡的NFVI部署上，上述研究雖然能夠深化網絡切片底層技術科研成果，但是具有較高的投入且成果不確定性較高等問題。在技術升級和編排方法優化層面過度關注單一目標會影響5G網絡整體推廣和升級應用的效率，也不利于與時代需求變化相耦合的網絡切片資源映射與編排方法效率升級。因此，從現實意義層面來看，在深化技術研發同時發散思維視角﹑增強網絡切片技術研究全面性﹑優化多維目標并合理分配相關的資源精力，是未來網絡切片資源映射與編排方法優化的重要方向。

其次，當前網絡切片資源映射與編排方法的應用場景與5G互聯﹑人工智能發展﹑智慧產業運維等高度關聯，大量新興產業的爆發式需求使得人們在應用場景層面更為關注降低切片網絡延遲這一功能，但是單純追求極限高速度的網絡傳輸以及高精度的數據還原，并不完全適應當前市場廣闊的差異化需求。除了智慧服務以外，日常通訊為主的大量互聯業務對于精度和速度敏感性相對較弱，而對綜合數據有效性﹑通訊實時性﹑網絡可獲得性﹑成本可控性等為特征的系統服務需求更為明確。優化網絡切片資源映射正在朝著獨立板塊優化與細分業務差異化服務方案設計等方面發展，設計并優化差異化網絡切片資源映射具有較強的現實意義。

2.2 基于網絡切片的資源映射的應用意義

在5G技術推廣應用背景下，網絡切片技術能夠結合SDN云技術等網絡虛擬化技術，將網絡資源映射到不同的模塊化切片之中，依據底層物理網絡可用資源和網絡切片的需求資源，以具體的算法和執行策略連接底層物理網絡與網絡切片需求，實現個性化﹑定制化﹑差異化和跨場景融合服務的多元業務需求，優化資源映射與編排方法，借助資源管理模型通過資源管理層接收需求層的網絡切片請求使得網絡切片上的節點獨立運營，并通過算法和策略支撐實現系統功能的集成。深化當前網絡切片資源映射與編排方法研究，不僅有助于滿足5G環境下日益激增的通訊現實需求，更能以邏輯優化和技術支撐的有效范式為5G技術進一步深化發展和高質量通訊服務設計應用提供良好的資源支撐。

3 網絡切片資源映射與編排方法的策略設計

從優化策略設計層面來看，網絡切片技術及其編排方案的優化需要結合具體的業務應用實際和信息傳輸需求并完善相關的基礎設施與網絡性能配置，確定其VNF的計算資源需求以及虛擬鏈路的寬窄資源需求，在NFV中找到一種能夠切片在某些指標上達到最優的VNF和需求擬鏈路的映射位置，最終實現方案化應用。但是，考慮到當前5G網絡應用主要集中在國內以及相關應用場景的基礎方案還不夠完全成熟等因素，5G網絡切片資源映射與編排方案的技術研究與升級仍有賴于相關實踐需求擴張與服務范圍擴大，亟須聚焦未來智慧城市﹑無人駕駛﹑人工智能和智慧產業園等發展熱點提前完善相關的技術設計與資源布局。

具體而言，網絡切片資源映射與編排方案的設計仍聚焦模型選擇﹑目標優化和方案優化等層面。

首先，網絡切片資源映射與編排方案模型的選擇需要首先判斷資源映射域內的拓撲信息和全部已知的資源信息。如果涉及多個物理域且相關之間信息并不完全透明，復雜的業務方案會要求網絡切片設置多個資源節點與位置約束，以此滿足跨域的資源調配與映射連接，與之相對應的算法也不能僅使用單域映射算法，而是需要調配多個域聯合協作的算法，實現資源映射貫通的完整信息傳輸。而如果綜合判斷資源信息證明域內資源已經能夠滿足業務模塊需求，則可以從最低映射代價和最優成本平衡的視角出發，設置簡單的域內資源節點與少數位置約束，好應用單域映射算法。

其次，網絡切片資源映射與編排方案模型的選擇也需要考慮切片的生命周期。從生命周期視角來看，如果所有切片都能位于生命周期之內，則資源映射的位置通常不會發生根本性變化，方案設計者和切片資源調配的相關方可以根據具體應用場景業務的所需性能設計資源調配節點并優化編排方案目標，通過動態資源需求監測﹑VNF映射位置調整和實例化經驗反饋等方式，結合不同業務實際需求和資源調配使用效果，對相關的網絡切片板塊﹑資源映射﹑計算算法以及調配模式等加以調整，也可以對基礎信息資源做相應的擴充或縮并處理，以提升業務服務效率為目標優化各板塊資源集成與信息互聯的效率[6]。此外，網絡切片資源映射和編排方法設計優化需要兼顧經濟性﹑高效性和現代化的目標，為進一步降低映射代價并控制經濟成本，在相關編排方法設計時需要重點關注域內資源節點控制與位置約束控制，盡量簡化算法模式并保障網絡切片資源的板塊獨立性。

最后，網絡切片資源映射與編排方案模型的選擇需要設計開放的需求收集與轉化渠道。根據用戶需求反饋，設計人員需要在網絡切片排版功能注冊包含所需網絡功能和完成該功能所需資源信息相關的NST，此后對NST設計具體的實施方案并將方案傳輸給網絡切片編排功能模塊，并結合生命周期平衡考慮對NSI進行監督﹑擴容﹑縮并等調整，持續優化模型設計與應用。

4 結束語

總結來看，信息化時代的發展和5G技術優化使得網絡切片資源映射與編排方法研究需求持續擴大，為滿足更高速率傳輸﹑更高精度通訊和更多場景應用的服務需求，網絡切片資源映射與編排技術也急需優化提升。本文從5G技術及基礎網絡設施﹑網絡切片﹑網絡切片編排等概念出發，分析了優化網絡切片資源映射與編排方法的現實意義并簡述相關策略設計，以期從提升資源使用效率﹑控制經濟成本并推動高精度網絡通信發展等視角出發，為網絡切片資源映射與編排方法應用優化提供參考。