CN113169889B - 用于将网络切片映射到具有sla保证的网络基础设施上的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种网络切片管理实体(SMO)，用于将至少一个网络切片(σ)映射到网络基础设施上，包括被配置为以下操作的部件：获得(1)针对网络切片的服务请求，该服务请求定义服务要求；从数据库(SMO DB)请求(2)网络切片描述，并且根据该描述来选择支持所述服务要求的至少一个网络切片；生成(3)资源图，该资源图包括代表基础设施资源的节点和代表节点之间的连接的链路，并且该资源图描绘针对提供服务所需的资源，并且其中该生成基于选择的至少一个网络切片的网络切片描述而被执行；向基础设施管理器(InM)发送(4)该资源图，以用于将所述网络基础设施的拓扑映射(6)到所述资源图上，以及确定所述网络基础设施中的适配于部署所述至少一个网络切片的至少一个子集；以及，从基础设施管理器(InM)接收(8)映射结果，该映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
Description
技术领域
各种示例实施例总体上涉及到用于将网络切片映射到网络基础设施的方法和装置。它们还可以涉及由3GPP标准组织针对第五代(5G)移动通信网络所定义的网络切片。
背景技术
网络切片是第五代移动网络的关键概念，包括利用网络概念虚拟化(NFV)和软件定义网络(SDN)的技术，用于将专用于租户(即如垂直运营商的网络客户)的多个专门且定制的端到端虚拟网络构建在公共的“真实”网络基础设施上。
由于网络切片在公共网络基础设施上***作，因此它们需要共享该基础设施的资源。因此关键是将底层网络资源分配给切片的各种虚拟网络功能(VNF)，以便满足相应的SLA(服务水平协议)的要求或，至少提供最佳性能(就例如带宽、延时、抖动等而言)。
发明内容
在一个实施例中，用于将至少一个网络切片映射到网络基础设施上的网络切片管理实体，包括被配置为进行以下的部件：
获得针对网络切片的服务请求，该服务请求定义服务要求；
从数据库(SMO DB)请求网络切片描述，并且根据所述网络切片描述来选择支持所述服务要求的至少一个网络切片；
生成资源图，该资源图包括代表基础设施资源的节点和代表节点之间的连接的链路，并且该资源图描绘针对提供服务所需的资源，并且其中该生成基于选择的至少一个网络切片的网络切片描述而被执行；
向基础设施管理器发送该资源图，以用于将网络基础设施的拓扑映射到所述资源图上，以及确定网络基础设施中的、适配于部署所述至少一个网络切片的至少一个子集；并且，
从所述基础设施管理器接收映射结果，该映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
一些实施例包括以下中的一个或多个特征，这些特征可以单独地或一起被采用、部分组合或完全组合：
-网络切片管理实体还被适配为将包括以下项的资源要求关联到资源图的所述节点：所要求的计算资源量、所要求的存储资源量以及所要求的无线容量资源量，以及将包括以下项的资源要求关联到资源图的所述链路：带宽。
-网络切片管理实体还被适配为从数据库(SMO DB)获取工作负载模式，并且通过利用该工作负载模式来减轻与服务功能链的相应节点和链路相关联的资源要求量的总和，确定与所述资源图的每个节点和链路相关联的资源要求，该服务功能链关联于至少一个网络切片。
-网络切片管理实体还被适配为通过在由所述供应的资源图确定的的所述子集上确定最优解决方案，分配用于所述逻辑网络切片的网络基础设施资源。
-该部件包括至少一个处理器；以及包括计算机程序代码的至少一个存储器、该至少一个存储器和计算机程序代码被配置与至少一个处理器引起网络切片管理实体的执行。
在一个实施例中，一种基础设施管理器，该基础设施管理器用于将至少一个逻辑网络切片映射到网络基础设施上，该基础设施管理器包括部件，该部件被配置为：
-从网络切片管理实体(SMO)接收资源图，该资源图描绘针对提供由至少一个网络切片定义的服务所需的资源；
-从数据库请求可用资源和所述网络基础设施的拓扑；
-将所述拓扑和可用资源映射到所述资源图上，以及确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述至少一个网络切片的至少一个子集；
-向网络切片管理实体发送映射结果，该映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
一些实施例包括以下特征中的一项或多项，这些特征可以单独地或一起被采用、可以部分组合或完全组合。
-基础设施管理器被适配为通过解决针对在一组约束下使评估所述映射的总供应代价(ctotal)的代价函数最小化的、混合整数线性规划MILP问题，将所述拓扑和所述可用资源映射到所述资源图上。
-基础设施管理器还被适配为针对多个所述至少一个切片执行MILP问题的所述解决方案，所述代价函数评估所述多个的该映射的总供应代价。
-基础设施管理器还被适配为从所述网络切片管理实体接收请求，该请求包含要被分配的一组网络基础设施资源。
-部件包括至少一个处理器；以及包括计算机程序代码的至少一个存储器，该至少一个存储器与计算机程序代码被配置与至少一个处理器一起引起该装置的执行。
在实施例中，一种***，用于将至少一个逻辑网络切片映射到网络基础设施上，包括：
-如先前所定义的切片管理实体，以及
-如先前所定义的基础设施管理器。
在实施例中，网络切片管理实体中用于将至少一个网络切片映射到网络基础设施上的方法，包括：
-获得针对网络切片的服务请求，该服务请求定义服务要求；
-从数据库请求网络切片描述，并且根据所述网络切片描述来选择支持所述服务要求的至少一个网络切片；
-生成资源图，该资源图包括代表基础设施资源的节点和代表节点之间的连接的链路，并且该资源图描绘针对提供服务所需的资源，并且其中该生成基于选择的至少一个网络切片的网络切片描述而被执行；
-向基础设施管理器发送资源图，以用于将所述网络基础设施的拓扑映射到所述资源图上，以及确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述的至少一个网络切片的至少一个子集；
-从基础设施管理器接收映射结果，该映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
一些实施例包括以下特征中的一项或多项，这些特征可以单独地或一起被采用、可以部分组合或完全组合。
-资源要求与资源图的所述节点相关联，包括大量所需的计算资源，大量所需的存储资源和大量所需的无线容量资源；并且资源要求与资源图的所述链路相关联，包括带宽；
-所述资源图内的资源要求等于与至少一个网络切片相关联的服务功能链的资源要求的总和；
-该方法还包括从数据库中获取工作负载模式的步骤，并且通过利用所述工作负载模式来减轻与服务功能链的相应节点和链路相关联的资源要求量的总和，与所述资源图的每个节点和链路相关联的资源要求被确定，该服务功能链关联于所述至少一个网络切片。
-该资源图的资源要求包括用于操作的所允许的资源
-该方法还包括在从所述基础设施管理器接收到映射结果之后，用以基于所述子集来分配用于所述逻辑网络切片的网络基础设施资源的分配步骤。
-所述分配步骤包括在所述子集上搜索最优解决方案。
在实施例中，一种基础设施管理器处的方法，用于将至少一个网络切片映射到网络基础设施上，包括：
从网络切片管理实体接收资源图，该资源图描绘针对提供由所述至少一个网络切片定义的服务所需的资源；
从数据库请求可用资源和所述网络基础设施的拓扑；
将所述拓扑和可用资源映射到所述资源图上，并且确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述的至少一个网络切片的至少一个子集；
向所述网络切片管理实体发送映射结果，该映射结果包含所述所述网络基础设施的所述至少一个子集。
一些实施例包括以下特征中的一项或多项，这些特征可以单独地或一起被采用，可以部分组合或完全组合。
-将所述拓扑和可用资源映射到所述资源图上包括：针对在一组约束下使评估所述映射的总供应代价的代价函数最小化的、混合整数线性规划(MILP)问题的解决方案，
-MILP问题的所述解决方案针对多个所述至少一个切片被执行，所述代价函数评估所述多个映射的总供应代价。
-该方法还包括：从所述网络切片管理实体接收请求，该请求包含要被分配的一组网络基础设施资源。
在实施例中，一种计算机可读存储介质，存储指令，该指令在由计算机执行时，使计算机执行如先前所定义的方法中的一个方法。
在实施例中，一种网络切片管理实体，用于将至少一个网络切片映射到网络基础设施上，包括：
用于获得针对网络切片的服务请求的部件，该服务请求定义服务要求；
用于从数据库请求网络切片描述的部件，并且根据所述网络切片描述来选择支持所述服务要求的至少一个网络切片；
用于生成资源图的部件，该资源图包括代表基础设施资源的节点和代表节点之间的连接的链路，并且该资源图描绘针对提供服务所需的资源，并且其中该生成基于选择的至少一个网络切片的网络切片描述而被执行；
用于向基础设施管理器发送资源图的部件，以用于将所述网络基础设施的拓扑映射到所述资源图上，以及确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述的至少一个网络切片的至少一个子集；以及，
用于从基础设施管理器接收映射结果的部件，该映射结果包含所述所述网络基础设施的至少一个子集。
在实施例中，将指示一个逻辑网络切片映射到网络基础设施的基础设施管理器，包括：
用于从网络切片管理实体接收资源图的部件，该资源图描绘针对提供由所述至少一个网络切片定义的服务所需的资源；
用于从数据库请求可用资源和所述网络基础设施的拓扑的部件；
用于将所述拓扑和可用资源映射到所述资源图上的部件，以及确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述的至少一个网络切片的至少一个子集；
用于向所述网络切片管理实体发送映射结果部件，该映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
附图说明
现在将参考附图来描述示例实施例，在附图中：
图1图示了本文所描述的一些实施例的流程图示例；
图2示出了切片的示例以图示实施例的一些说明；
图3图示了根据实施例的用于确定SRD图的算法的示例；
图4示出了根据一些实施例的基础设施网络与SRD图之间的映射的示例；
图5图示了确定网络基础设施子集的步骤的算法的示例；
图6a、图6b、图6c图示了根据本发明的一些实施例的分配过程的示例网络基础设施上的结果；
图7示出了根据本发明实施例的SMO和InM功能的部署。
具体实施方式
示例实施例现在将被描述，包括用于将包括一组服务功能链(SFC)的至少一个逻辑网络切片映射到网络基础设施的方法和装置。
被表示为“被配置以执行...的部件”的功能块(特定功能)应被理解为包括电路的功能块，该电路被适配为执行或被配置为执行特定功能。因此，被配置以执行特定功能的部件，不意味着这种部件一定在执行所述功能(在给定的时间瞬间)。此外，本文被描述为“部件”的任何实体，可以相当于或被应用为“一个或多模块”、“一个或多个设备”，“一个或多个单元”等。当功能由处理器提供时，该功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器，或多个单独的处理器所提供，其中的一些处理器可以共享。另外，明确使用术语“处理器”或“控制器”不应被解释为只能运行软件的硬件，并且可以隐含地包括并不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、特定集成电路应用(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储。按照传统或惯例，也可包括其他硬件。它们的功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的相互作用来实现，甚至可手动实现，随着上下文中更具体地理解，特定技术可由实现者选择。
网络切片是用于下一代网络的关键特征。根据3GPP TR 28.801中所提供的定义，网络切片关于将网络/***由静态“一个大小(size)适用所有”的范式转换为新范式，其中逻辑网络/分区利用适当的隔离、资源和优化的脱坡被创建，以服务特定的目的或服务类别(例如，用例/业务类别，或出于内部原因)或甚至个体客户(“按需”创建的逻辑***)。其可以通过使用NFV(网络功能虚拟化)和SDN(网络定义的软件)而被丰富。
3GPP标准组织定义了网络切片生命周期的方面，特别是与NSI(网络切片实例)相关的，即在切片被准备好之后。本发明的方面更多地涉及在创建NSI之前的切片准备。它是关于在部署作为切片组成部分的虚拟网络功能(VNF)实例之前标识并预留基础设施资源。
3GPP定义用于网络切片管理的实体，即NSMF(网络切片管理功能)和NSSMF(网络切片子网管理功能)，其分别为NSI提供管理服务。当切片包含虚拟网络功能(VNF)或虚拟链路时，NSSMF与ETSI-MANO标准的NFVO交互以用于请求其生命周期管理(LCM)。NFVO(或其他相关的虚拟链路传输网络管理器)执行基础设施资源供应和这些功能和/或链路的实例化/缩放/删除。
在ETSI MANO标准里，NFV协调器被提供用于管理虚拟化基础设施上的网络服务的生命周期，但不用于管理网络切片。
切片的构成基本上是一组逻辑网络功能和用于它们互联的链路，具有一些资源方面的要求以用于满足服务需要。当切片被供应时，逻辑网络功能被映射到基础设施的元件上，例如网络元件、服务器或数据中心的虚拟机等。互联链路也被映射到物理网络链路上。基础设施资源被分配以便能匹配切片要求。
已经提出了若干方法以解决该技术问题，但它们都不能令人满意。特别是，它们依赖于使代价函数最小化，并且问题被表述为整数线性规划(ILP)或混合整数线性规划(MILP)问题，这些是已知的NP-复杂性。相应的，在解决涵盖大量元件和VNF的真实网络和真实切片时，它们无法缩放。
有争议的是，根据本发明的一些实施例，不是试图将SFC(链接VNF以用于提供服务)映射到网络架构上，而是将网络架构映射到新的数据结构上，称为切片请求需求(SRD)，其聚合这些SFC的要求。因此，优化问题被反转(reverse)，并且作为结果我们可以获得被映射到该SRD上并被“供应”用于这些SFC的网络架构的子集。
在该步骤，然后我们可以被确保SFC可以相应地被部署在相关联的SLA的网络架构上。相应的，切片租户可以取决于网络基础设施是否能完全保证SLA来决定是否分配切片。
一旦被映射，传统方法可以被用于将网络基础设施资源分配和部署到切片上。然而，这些方法可以被部署在网络基础设施的、先前已供应的有限子集上，使得这些方法，包括MILP解决方案，不会面临上述提到的缩放问题。
切片可以由一组服务功能链(SFC)来表征。每个SFC由链接的一组虚拟网络功能(VNF)组成。要求可以和VNF以及连接它们的链路相关联。要求可以与服务质量相关联，如所指向的地理覆盖区域、所支持的连接设备的数目、用于每个连接设备的E2E带宽或E2E延迟。总而言之，这些要求形成SLA(服务水平协议)，该SLA使切片运营方(MNO)与最终客户或租户之间的商业合同正式化。
根据本发明的一些实施例，分离在切片管理实体(也称为切片管理和协调器SMO)处被处置的方面与在基础设施管理器(InM)处被处置的方面之间被提供，如图1和图7的描述。
这允许切片操作方和基础设施所有方所拥有数据之间的商业分离。通常，基础设施所有方可能不愿使第三方访问涉及到其基础设施的数据。即使在拥有网络基础设施并向客户提出网络切片服务的大企业，它们可以被内部组织以使这两种商业活动无法容易地分享所有信息。
另外，切片所有方可能不愿意向网络基础设施所有方发送涉及到最终客户以及其切片策略的任何详细信息。此外，单个前片可以涵盖若干网络，并因此可以涉及到若干相应的基础设施所有方。
根据本发明的这些实施例，SMO和InM实体之间的组织将完全解决这些各类问题，使得所要求的数据将只在本地被处置而没有向第三方开放的任何需要。更确切地，不是所有数据需要被曝光。基础设施的所有方可以向SMO提供关于其所供应的资源的一些抽象信息，但不是关于其架构的全部细节。
然而，其它实施例也是可行的，例如像将SMO和InM实体的功能集成到单个功能实体中。
图7示出了两个功能模块SMO和InM，它们可以在一些实施例中被集成到单个***S中。如下面所看到的，一些数据库SMO DB，分别是InM DB，可以与SMO和InM模块相关联。它们都可以被集成到***S中，或被视为是独立的实体。此外，技术人员可以在功能之间，特别是ImM和SMO功能之间得出各种布置。
在步骤1中，SMO接收来自租户的服务请求，该请求可以与就所需资源而言定义服务要求的SLA相关联或不相关联。例如，它可以是针对具有相关联比特率的、并且具有关于用户数目和地理覆盖而表示的所需工作量的超HD视频服务的切片服务的请求。
在步骤2中，切片管理实体SMO从数据库请求切片描述，并且根据切片描述，选择支持如服务请求中所规定的服务要求的至少一个网络切片。具体地，SMO可以从SMO数据库SMODB获取切片目录，并且根据租户在步骤1请求的服务类型选择切片模板。在该示例中，可以考虑专用于由一组SFC提供的单个服务类型的切片，而没有任何普遍性的损失。
在步骤3中，SMO生成资源图，也被称为“切片资源需求(SRD)图”。该图是代表所选切片的一组服务功能链(SFC)的聚合图。
该资源图，SRD，包括了代表基础设施资源的节点以及代表节点之间的连接的链路。其描绘针对提供服务所需的资源。换句话说，资源图节点代表节点，该节点代表被变换成基础设施资源的服务要求。
SRD图的生成基于(多个)选择的网络切片的网络切片描述而被执行；
作为结果，资源图SRD被布置使得：
-资源图SRD的每个节点对应由选择的网络切片所涉及的相同基础设施资源的所有发生(occurrence)。例如，它可以对应于切片所包括的该组的所有服务功能链内的功能的所有发生。
-类似的，每个资源图的链路对应于节点之间的该特定连接的所有发生。例如，它对应于该组的所有服务功能链内两个功能之间的链路的所有发生。
-与每个发生相关联的资源可以被聚合到资源图SRD的相关节点或链路中。
具体地，根据实施例，
■基于与针对该组的每个服务功能链的对应功能相关联的要求，资源图的每个节点与资源要求被相关联，
■基于与针对该组每个服务功能链对应的链路相关联的资源要求，资源图的每个链路与资源要求被相关联，
这可以理解为SFC的节点代表虚拟网络功能(VNF)。
该SRD图模仿选择的切片的SFC的图，但将相同类型(即功能)的节点(VNF)聚合到单个节点中。
图2图示了2个切片的示例：
-第一切片专用于按20Mbps向2000个用户传送UHD视频流服务。
-第二切片专用于按4Mbps的速率向4000个用户传送UHD视频流服务。
这些切片可以包含若干SFC，每个SFC包括3个链接的VNF：虚拟基站BS、虚拟网关/防火墙GW/FW以及虚拟视频优化控制器VOC。例如，链的数目可以等于支持所请求的用户数目和覆盖区域的所需的虚拟基站的数目。
相同类型(即功能)的全部VNF被聚合以形成模仿SFC的SRD图。相应的，该SRD也包含3个节点、一个节点聚合所有BS功能，一个节点聚合所有GW/FW功能，以及一个节点具有所有VOC功能。类似的，该SRD图的链路聚合所有相应链路。
图2描述了这两个示例切片，对于每个切片具有相同的3个节点、BS、GW/FW、VOC以及对应于与节点(在灰色列)和链路(连接节点的各自箭头上方)相关联的资源要求的值。
与每个节点和每个链路相关联的资源要求可以基于的是该节点和链路各自资源要求值的累积。
例如，对于SRD图的每个节点，3个资源要求可以被相关联：所要求的计算资源量rc、所要求的存储资源量rs，以及所要求的无线容量资源量rw。这些值被设置以便维持针对该切片中相同VNF类型的所有实例的业务需求。
类似地，对于SRD图的每个节点，资源要求可以被相关联。该要求可以包括带宽、延时等。
根据本发明的实施例，针对SRD图的要求可以通过简单地与针对网络切片的所有SFC的相应节点和链路相关联的累积资源要求相等、以保守的方式设置。换言之，每个值是SFC节点或链路的对应资源要求值的总和。
根据这种方法，SRD图被规格(dimension)以满足每个SFC的峰值活动(因为它规定了每个SFC的每个需求需要在同时被满足的情形)。
根据本发明的其他实施例，资源要求的确定也考虑了该事实，即峰值活动不会在切片的各种SFC的每个部分中同时和连续的达到。该方法可以利用使用系数，该使用系数从基于用户移动性和服务消费模式的SFC的每个VNF的平均资源使用情况的MNO经验基础估计被得出。这些数据可以从SMO DB被获取(步骤2a)，该数据可以包含工作负载模式。该SMO数据库可以由分析工具填充，这些工具适配于分析与基础设施网络的业务和资源消耗，并且从中推断出一些预测模型或模式。
然后，这些工作负载模式可以被用于确定所述SRD图的资源要求。
例如，可以假设单个的SFC要求针对虚拟DNS供应最多0.1CPU。考虑到切片以类似1200个类似的SFC，接着12个CPU资源应当被供应以实现DNS服务器。因此，虚拟DNS需要具有2个CPU的6个服务器。然而，如果假设单个SFC平均在1％的时间内使用0.1个DNS的CPU，则CPU的总使用量被减少到1,2CPU，因此只需要具有两个CPU的单个的服务器来维持总业务。
因为SFC将被配置在所提供的基础设施节点和链路上，每个资源已被部分(至少)提供的节点应当能够托管一些VNF。类似的，每个链路应当有足够的带宽以承载两个VNF间的流量。因此，根据本发明的一些实施例，操作所要求的最小资源也被施加到供应中所涉及的每个节点与链路上。
这些最小资源要求被标注为rp ，rs ，rw ，分别为处理资源要求、存储资源要求和无线容量资源要求。
总而言之，根据本发明的一些实施例。与资源要求相关联的SRD节点涉及处理、存储和带宽，附加包括用于基础设施节点的操作的最小允许资源rp ，rs ，rw 。
然后，，SRD图代表由(如其每个SFC所定义的)关于租户提供的SLA的切片所要求的资源。相应的，将网络基础设施映射到用资源要求(源自于SLA)填充的SRD图上，保证了SLA将基于这种映射通过实际的部署或分配得到尊重。
图3图示了用于通过利用工作负载数据库WL来确定SRD图的示例算法。在该算法中，u,v表示SRD节点，并且uv代表被组建的SRD图的节点之间的链路。
一旦SRD图被建立，在图1的步骤4中，请求从SMO模块被发送到InM模块，该请求包含该SRD节点，并且要求预先供应对应于该SRD图的切片。
在接收到该请求时，基础设施管理器InM从基础设施管理器数据库获取，步骤5，数据，包括涉及资源和拓扑的数据，以及涉及基础设施节点与链路的代价的数据。具体地，基础设施拓扑的表示被获取。另外，也可以获取可用资源的量(即在被先前所分配切片和其他并发服务所影响时的剩余资源量)。
在步骤6中，基础设施管理器InM，通过将代表该网络基础设施的拓扑图映射到所述SRD图上，确定用于部署或供应网络切片的网络基础设施的子集。
应当理解的是，尽管本领域所描述的大多数解决方案会试图将每个VNF映射到基础设施的一个节点上，但根据本发明的方面，有争议的是，一个目在于将多个基础设施节点映射到SRD中。因此，问题的新表述被提出，几乎与本领域的表述相反。
该问题还可以被表述为优化问题，该优化问题的目标是当考虑到涉及基础设施资源可用性和SLA的一组约束时，使所用的基础设施的代价最小化。这种问题可以使用混合整数线性规划(MILP)求解器而被解决。
混合整数线性规划是数学优化或可行性程序，由本领域技术人员所公知。基础知识可以在相关的***页面找到。
https://en.wikipedia.org/wiki/Integer_programming
若干程序和工具可供使用，例如像https://support.sas.com/rnd/app/or/procedures/milp.html
将cd(v)表述为用于在基础设施上部署VNF v的代价。然后，其目标是使一组切片的总部署代价最小化。
为了表述该资源的提前供应问题，我们引入一组变量和κn，
其中
-代表在物理节点/>上针对切片σ的虚拟节点/>被供应的、比例或资源类型n(即“c”、“s”或“w”，分别对应计算、存储和无线)，其中/>代表基础设施拓扑图，并且/>代表切片S组的切片σ中全部SRD节点组。
-代表切片组S的切片σ的虚拟链路上被供应的物理链路ij∈εs的带宽的比例，并且其中εs是一组基础设施链路，并且代表切片σ中的全部SRD链路的组。
Φn，Φe都是范围从0到1的非负实数变量组。当变量中的一个等于0时，这意味着基础设施与SRD节点之间不存在映射或链路。
二进制变量组包含节点映射指示符，即
这些变量被用于决定基础设施节点是否已经为一些SRD节点供应了资源。
整数变量组被用于第六个约束，确保应提供适量的资源以符合最小资源要求(即单个SFC的资源需求)。
根据本发明的实施例，预先供应对于单个切片被完成。无论何时有若干切片需要被预提供，它们可以依次被处置，一个接一个。
在下文中，上标σ将被省略以减轻标记量。
总供应代价ctotal可以被定义为：
第一项代表将VNF部署在基础设施节点中的代价。
第二项与第三项代表针对从基础设施节点和链路出租资源的相应的代价
总代价的最小化需要在满足一组约束下被完成，包括：
约束1：节点资源满足
约束2：节点资源约束
约束3：链路资源约束
约束4：变量之间的关系
约束5：节点映射限制
约束6：节点最小资源要求
约束7：资源比例性
约束8：流量守恒
第一约束包括使由映射到SRD节点v的全部基础设施节点提供的资源应该满足其资源需求。该第一约束可以被表示为
因为由给定基础设施节点I供应的资源的比例无法超过一，第二约束可以被写为：
类似的，由给定的基础设施链路ij供应的资源的比例无法超越一。因此，第三约束条可以被写为：
的元素/>使得/>(如上所示)。/>与之间的关系是非线性的。为了解决这个问题，这两个量可以利用以下线性约束被组合：
还可以强制规定，任何基础设施节点不能为多于给定切片的单个SRD节点供应资源。这增加了基础设施节点失效的鲁棒性，并且可以被转化为第五约束
由给定基础设施节点i提供的资源量，当其被映射到SRD节点v时，应当是最小资源要求rn .的整数倍。这确保了足够的资源被供应以适应一个或多个VNF的最小资源要求。
第六约束可以被表述为：
an(i)φn(i，v)＝rn(v)κn(i，v)
此外，所提供基础设施节点与链路的资源供给必须以均衡的方式被执行，与SRD图一致。当基础设施节点被提供给切片时，提供的计算、存储和无线容量必须和SRD节点的相应资源保持比例相同。
我们还可以假设不是每个SRD节点都需要计算和存储资源，即rc(v)>0和rs(v)>0,只有特定的节点需要无线资源。换句话说，所有资源不是起到类似作用。然后，节点资源比例满足约束(约束7)可以被写为：
以及
这些约束确保基础设施节点I应当为SRD节点v提供相同比例的存储、计算和可能的无线资源。应当理解的是，因此不均衡的资源供应应当被避免。
最后，当在基础设施链路ij上为SRD链路vw提供资源时，还需要满足一些流量守恒的约束。也即是说，对于每个链路vw∈εv，在映射到SRD节点对(v,w)上的每一对基础设施节点之间必须存在连续的连接。
进入/离开映射到v或w的基础设施节点的SRD链路vw的流量上的资源比例应当等于该节点提供给v或w的任何资源的比例。
聚焦到计算资源上，该第八约束可以被表述为：
其他所供应资源的一致性由涉及到前面与节点资源比例满足约束的等式保证。
在图4商所描述的示例中，必须找到基础设施链路ij和SRD链路vw间的，以及基础设施节点I和j与SRD节点v和w之间的映射。
先前的约束导致
由于0≤φn(i，v)，φe(ij，vw)≤1和使总供应代价最小化取决于φn(i，v)和φe(ij，vw)，获得φe(ij，vw)＝5/6和类似的是，φn(j，w)＝5/8。然后，所供应的基础设施节点与链路资源的提出与节点和链路资源要求的比例相一致。
最后，资源供应问题包括了寻找：
在上述约束下，该问题是混合整数线性规划(MILP)问题，因此可以由本领域所公知的技术和工具来解决。
根据本发明的其他实施例，多个切片可以预留在相同处理上。
当必须针对具有索引σ∈S切片的若干SRD图执行资源预供应时，目标函数变为
针对该单个切片实施例所描述的约束被适配以便将所有切片σ∈S纳入考虑。
图5示出了确定网络基础设施子集的该步骤6的可能实施例的高水平组织示意图。
由于步骤6，基础设施拓扑(节点和链路)的子集利用关于计算、存储和无线容量以及链路带宽的相应的资源量被确定，该资源量需要在网络基础设施上被分配以用于满足与初始服务请求的回复所选择的切片对应的SRD。该结果可以被称为《供应的资源图》。
根据本发明的实施例，基础设施管理器InM通过将由供应资源图所识别的资源预留到数据库中，在步骤7中更新了基础设施管理器数据库。这使得在考虑已预留切片的同时，使随后的请求得到处理。
接着，该供应资源图可以被发送到SMO，步骤8
接着，SMO可以更新SMO数据库SMO DB,从而，步骤9
根据本发明的实施例，分配步骤10(或“嵌入”步骤)可以被实现以实际分配用于切片部署的网络基础设施资源。
若干实现有可能实现该实际分配。可以在由通过映射步骤6所供应的网络基础设施拓扑子集的基础上，使用一些本领域已知的解决方案，特别是那些旨在确定最优解决方案的这些解决方案被证实可以解决NP复杂性问题并且在一些现实情况下较为低效。事实上，最优解决方案的数据量已经大幅减少到由基础设施管理器(InM)所传输的供应资源图所定义的网络拓扑。
本领域的解决方案可以包括那些描述为：
-R.Riggio,A.Bradai,D.Harutyunyan,T.Rasheed和T.Ahmed,“调动无线虚拟网络功能”,in IEEE网络和服务管理的交易,vol.13,no.12,pp.240-252,2016；
-N.Buten,R.Mijumbi,J.Serrat,J.Famaey,S.Latre,and F.De Turck,《亲和力约束的服务功能链请求的语义增强的映射算法》,IEEE网络和服务管理的交易,vol.14,no.2,pp.317-331,2017.
该资源的实际分配可以在接收到步骤11的请求后，由基础设施管理器(ImM)执行，包含分配了的网络元素组(如节点和链路)，以及各自的资料量(n＝c,s,w)。一旦实际分配，基础设施管理器(ImM)可以在步骤12向SMO发送回消息以确认该实际分配。然后，SMO可以向该请求租户保证，该切片已经各自被分配到所提供的SLA。
图6a、图6b、图6c示出了分配过程的网络基础设施的示例结果。全部图片显示了由节点(点)和链路(线段)相互连接组成的相同的网络基础设施。
图6a示出了映射到网络基础设施的两个SFC。假设切片由这两个SFC构成，该图显示了将切片映射到基础设施的过程。该简化图显示了在基础设施节点和链路中寻找用于SFC的最佳安排的结果。
图6b示出了以上阐释的映射方法的实施例所提供的结果。粗体表示整个网络拓扑的子集，代表SMO所确定的供应资源图。
图6c描述与图6a的算法相比，类似算法如何从图6b减少的数据集中实现。事实上，它显示了所发现的两个SFC的相同分配，但通过操纵更少的数据，因此，达到更高水平的计算性能。
例如，将5个SFC部署到小型网络基础设施上(比如具有18个节点和40个链路的基于胖树拓扑的网络)，传统方法需要11.33秒用于分配，然而本发明的实施例只要求5.90秒。在具有36个节点和96个链路的更大型基础设施上部署25个SFC，后一种方法只需62.10秒，而前一种方法需要525.63秒。计算时间的差异随着网络规模的增加而增加。
可以理解的是，本文所描述和描绘的功能可以在软件中被实现(例如通过一个或多个处理器上的软件执行)，用于在通用目的计算机上执行(例如通过一个或多个处理器执行)，以实施特殊目的计算机或类似计算机，并且/或可以在硬件中实施(例如通过使用通用目的计算机，一个或多个特定应用集成电路(ASIC)，与/或任何其他硬件等效物)。
另一个实施例是计算机程序产品，该产品包括其中实施有计算机可读程序代码的计算机可读存储介质，该计算机可读程序代码被配置为当加载到计算机、处理器或可编程硬件组件上时实施以上方法中的一项。在一些实施例中，计算机可读存储介质是非临时性的。
该领域技术人员可以轻易认识到上述各种方法的步骤可以由被编程的计算机执行。在此，一些实施例也旨在涵盖程序存储设备，例如数字数据存储介质，这是机器或计算机可读，并且编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，所述指令执行本文所描述方法的一些或全部步骤。该程序存储设备可以是，如数字存储器、磁性数字存储介质如磁盘和刺刀、硬盘，或光学可读数字数据存储介质。该实施例也旨在涵盖被编程以执行本文所描述方法的所述步骤的计算机，或被编程为执行上述方法的所述步骤的(场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(场)可编程门阵列((F)PGA)。
应当理解的是，通过那些本领域技术人员，本文的任何框图代表了体现本发明原理的说明性电路的概念视图。类似的，可以理解的是，然后流程图、流程图表、状态转换图、伪代码等代表各种过，这些过程可以在计算机可读介质中大致被表示，并且因此被计算机或处理器所执行，无论该计算机或处理器是否被明确展示。
虽然本公开的方面以及参照以上实施例被特别的展示和描述，但那些本领域的技术人员将理解，各类额外的实施例可以通过修改公开的机器、***和方法被预估，而不偏离所公开的范围。该实施例应当被理解为落入基于权利要求和其任何等价物所确定的本公开的范围。
Claims (25)
1.一种网络切片管理实体(SMO)，用于将至少一个网络切片(σ)映射到网络基础设施上，包括被配置为以下操作的部件：
获得(1)针对网络切片的服务请求，所述服务请求定义服务要求；
从数据库(SMO DB)请求(2)网络切片描述，并且根据所述网络切片描述来选择支持所述服务要求的至少一个网络切片；
生成(3)资源图，所述资源图包括代表基础设施资源的节点和代表所述节点之间的连接的链路，并且所述资源图描绘针对提供所述服务所需的资源，并且其中所述生成基于选择的所述至少一个网络切片的网络切片描述而被执行
向基础设施管理器(InM)发送(4)所述资源图，以用于将所述网络基础设施的拓扑映射(6)到所述资源图上，以及确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述至少一个网络切片的至少一个子集；以及
从所述基础设施管理器(InM)接收(8)映射结果，所述映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
2.根据权利要求1所述的网络切片管理实体(SMO)，被适配为将包括以下项的资源要求关联到所述资源图的所述节点：所要求的计算资源量、所要求的存储资源量以及所要求的无线容量资源量；以及将包括带宽的资源要求关联到所述资源图的所述链路。
3.根据权利要求1所述的网络切片管理实体(SMO)，被适配为从数据库(SMO DB)获取工作负载模式，并且通过利用所述工作负载模式来减轻与服务功能链的相应节点和链路相关联的资源要求的总和，确定与所述资源图的每个节点和链路相关联的所述资源要求，所述服务功能链被关联到所述至少一个网络切片。
4.根据权利要求1所述的网络切片管理实体(SMO)，还被适配为通过在由供应的所述资源图确定的所述子集上搜索最优解决方案，分配用于所述网络切片的所述网络基础设施资源。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的网络切片管理实体(SMO)，其中所述部件包括：
至少一个处理器，以及
至少一个存储器，包括计算机程序代码，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置与所述至少一个处理器一起使所述部件执行所述操作。
6.一种基础设施管理器(InM)，用于将至少一个网络切片映射到网络基础设施上，包括被配置为以下操作的部件：
从网络切片管理实体(SMO)接收(4)资源图，所述资源图描绘针对提供由所述至少一个网络切片定义的服务所需的资源；
从数据库(InM DB)请求(5)可用资源和所述网络基础设施的拓扑；
将所述拓扑和可用资源映射(6)到所述资源图上；以及
确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述至少一个网络切片的至少一个子集；
向所述网络切片管理实体发送(8)映射结果，所述映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
7.根据权利要求6所述的基础设施管理器(InM)，还被配置为通过解决针对在一组约束下使评估所述映射的总供应代价(ctotal)的代价函数最小化的、混合整数线性规划MILP问题，将所述拓扑和所述可用资源映射到所述资源图上。
8.根据权利要求7所述的基础设施管理器(InM)，还被适配为针对多个所述至少一个切片执行MILP问题的解决方案，所述代价函数评估所述多个的所述映射的总供应代价(ctotal)。
9.根据权利要求6所述的基础设施管理器(InM)，还被适配为从所述网络切片管理实体接收(11)请求，所述请求包含要被分配的一组网络基础设施资源。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的基础设施管理器(InM)，其中所述部件包括：
至少一个处理器，以及
至少一个存储器，包括计算机程序代码，所述至少一个存储器和所述计算机程序代码被配置与所述至少一个处理器一起使所述部件执行所述操作。
11.一种***(S)，用于将至少一个网络切片映射到网络基础设施上，至少包括：
根据权利要求1至5中任一项所述的切片管理实体(SMO)，以及
根据权利要求6至10中任一项所述的基础设施管理器(InM)。
12.一种用于网络切片管理实体(SMO)的方法，用于将至少一个网络切片映射到网络基础设施上，所述方法包括：
获得(1)针对网络切片的服务请求，所述服务请求定义服务要求；
从数据库(SMO DB)请求(2)网络切片描述，并且根据所述网络切片描述来选择支持所述服务要求的至少一个网络切片；
生成(3)资源图，所述资源图包括代表基础设施资源的节点和代表所述节点之间的连接的链路，并且所述资源图描绘针对提供所述服务所需的资源，并且其中所述生成基于选择的所述至少一个网络切片的网络切片描述而被执行；
向基础设施管理器(InM)发送(4)所述资源图，以用于将所述网络基础设施的拓扑映射(6)到所述资源图上，以及确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述至少一个网络切片的至少一个子集；
从所述基础设施管理器(InM)接收(8)映射结果，所述映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
13.根据权利要求12所述的方法，其中包括以下项的资源要求被关联到所述资源图的所述节点：所要求的计算资源量、所要求的存储资源量以及所要求的无线容量资源量；并且包括带宽的资源要求被关联到资源图的所述链路。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述资源图内的资源要求等于被关联到所述至少一个网络切片的服务功能链的资源要求的总和。
15.根据权利要求12所述方法，还包括：
从数据库(SMO DB)获取工作负载模式的步骤(2a)，并且
其中通过利用所述工作负载模式来减轻与被关联到所述至少一个网络切片的服务功能链的相应节点和链路相关联的资源要求的总和，与所述资源图的每个节点和链路相关联的所述资源要求被确定。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述资源图的资源要求包括用于操作的最小所允许的资源。
17.根据权利要求12所述的方法，其中在从所述基础设施管理器(InM)接收(8)到映射结果之后，分配步骤(10)被执行以基于所述子集来分配用于所述网络切片的所述网络基础设施资源。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述分配步骤包括在所述子集上搜索最优解决方案。
19.一种用于基础设施管理器(InM)的方法，用于将至少一个网络切片映射到网络基础设施上，所述方法包括：
从网络切片管理实体(SMO)接收(4)资源图，所述资源图描绘针对提供由所述至少一个网络切片定义的服务所需的资源；
从数据库(InM DB)请求(5)可用资源和所述网络基础设施的拓扑；
将所述拓扑和可用资源映射(6)到所述资源图上，并且确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述至少一个网络切片的至少一个子集；
向所述网络切片管理实体发送(8)映射结果，所述映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
20.根据权利要求19所述的方法，其中将所述拓扑和可用资源映射到所述资源图上包括：针对在一组约束下使评估所述映射的总供应代价(ctotal)的代价函数最小化的、混合整数线性规划MILP问题的解决方案。
21.根据权利要求20所述的方法，其中MILP问题的解决方案针对多个所述至少一个网络切片被执行，所述代价函数评估所述多个的所述映射的总供应代价(ctotal)。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，还包括从所述网络切片管理实体接收(11)请求，所述请求包含要被分配的一组网络基础设施资源。
23.一种计算机可读存储介质，存储指令，所述指令在由计算机执行时使所述计算机执行根据权利要求12至22中任一项所述的方法。
24.一种网络切片管理实体(SMO)，用于将至少一个网络切片(σ)映射到网络基础设施上，包括：
用于获得(1)针对网络切片的服务请求的部件，所述服务请求定义服务要求；
用于从数据库(SMO DB)请求(2)网络切片描述并且根据所述网络切片描述来选择支持所述服务要求的至少一个网络切片的部件；
用于生成(3)资源图的部件，所述资源图包括代表基础设施资源的节点和代表所述节点之间的连接的链路，并且所述资源图描绘针对提供所述服务所需的资源，并且其中所述生成基于选择的所述至少一个网络切片的网络切片描述而被执行；
用于向基础设施管理器(InM)发送(4)所述资源图的部件，以用于将所述网络基础设施的拓扑映射(6)到所述资源图上，以及确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述至少一个网络切片的至少一个子集；以及，
用于从基础设施管理器(InM)接收(8)映射结果的部件，所述映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
25.一种基础设施管理器(InM)，用于将至少一个网络切片映射到网络基础设施上，包括：
用于从网络切片管理实体(SMO)接收(4)资源图的部件，所述资源图描绘针对提供由所述至少一个网络切片定义的所需服务的资源；
用于从数据库(InM DB)请求(5)可用资源和所述网络基础设施的拓扑的部件；
用于将所述拓扑和可用资源映射(6)到所述资源图上的部件，以及确定所述网络基础设施中的、适配于部署所述至少一个网络切片的至少一个子集；
用于向所述网络切片管理实体发送(8)映射结果的部件，所述映射结果包含所述网络基础设施的所述至少一个子集。
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