CN114584468A - 面向多维资源的网络动态切片方法 - Google Patents
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Abstract
一种面向多维资源的网络动态切片方法，包括以下步骤：控制器通过南向接口和协议获得网络层中的多维资源网络的拓扑信息、资源信息和业务信息；控制器通过北向接口将拓扑信息、资源信息和业务信息发送至切片应用层；切片应用根据拓扑信息和资源信息建立多维资源间的连接关系，并根据连接关系建立多维资源池；切片应用根据接收的业务信息判断出网络中具有不同资源需求的新业务，则从资源池中调用与该类新业务相匹配的所需资源，建立对应的多维资源网络切片；切片应用通过北向接口将所述切片发送至控制器；控制器将多维资源网络切片翻译为第一设备配置信息，并通过南向接口将第一设备配置信息下发至对应网络层中的设备，以实现多维资源网络切片部署。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种面向多维资源的网络动态切片方法。
背景技术
随着云计算、IP交换、光传输技术同步发展，网络资源的概念从单一的传送资源扩展为包含云计算、云存储、传送资源的多维资源。同时，用户业务对每种资源的需求量会随时间呈现动态变化。
网络切片技术（Network Slicing）通过资源隔离和资源分配可以满足客户对网络资源的多样化需求，例如基于单一资源的网络切片方案：当新业务请求到达时，控制器根据业务需求，对一种网络资源进行隔离和分配，例如光频谱资源，形成单一资源的网络切片，进而实现单一网络资源的按需分配，如图1所示。单一资源网络切片可以满足业务对一种网络资源的需求，但当业务本身需要多种网络资源时，单一资源的网络切片不能满足多种资源的隔离和分配需求。如果仅对网络中一种资源进行切片分配，该种资源可以得到的高效分配，但是网络中其他未通过切片分配的网络资源难以得到有效利用。当网络负载增加时，这些未得到充分利用网络资源会限制网络整体的承载能力。可见，通过基于单一资源的网络切片方案可以实现一种网络资源的灵活分配，但是现网业务往往同时需要多种网络资源，该方案忽略了业务的多维资源需求和多维资源之间的联动性，面对用户对云资源和网络传送资源的混合需求，该方案不能有效提高网络承载能力和网络服务质量（Quality ofService, QoS）。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够满足用户对混合资源的需求的面向多维资源的网络动态切片方法。
一种面向多维资源的网络动态切片方法，包括以下步骤：
在控制层，控制器通过南向接口和协议获得网络层中的多维资源网络的拓扑信息、资源信息和业务信息；
在控制层，控制器通过北向接口将拓扑信息、资源信息和业务信息发送至切片应用层；
在切片应用层，切片应用根据拓扑信息和资源信息建立多维资源间的连接关系，并根据连接关系建立多维资源池；
在切片应用层，切片应用根据接收的业务信息判断出网络中具有不同资源需求的新业务，则从资源池中调用与该类新业务相匹配的所需资源，建立对应的多维资源网络切片；切片应用通过北向接口将多维资源网络切片发送至控制层中的控制器；
在控制层，控制器将多维资源网络切片翻译为第一设备配置信息，并通过南向接口将第一设备配置信息下发至对应网络层中的设备，以实现多维资源网络切片部署。
由上述技术方案可知，本申请根据拓扑信息和资源信息建立多维资源间的连接关系，并根据连接关系建立多维资源池，根据接收的业务信息判断出网络中具有不同资源需求的新业务，则从资源池中调用与该类新业务相匹配的所需资源，建立对应的多维资源网络切片；将多维资源网络切片翻译为第一设备配置信息，并通过南向接口将第一设备配置信息下发至对应网络层中的设备，以实现多维资源网络切片部署，如此在满足用户对混合资源的需求的前提下，有效的提高网络承载能力和网络服务质量。
附图说明
图1是现有技术中基于光资源的网络切片方案架的构示意图。
图2是现有技术中基于固定周期的网络动态切片方案的架构示意图。
图3是本申请中 IP+光+云多维资源网络动态切片方案的架构示意图。
图4是本申请的面向多维资源的网络动态切片方法的流程图。
图5是图4中面向多维资源的网络动态切片方法的切片重构流程图。
图6是本申请中IP+光+云多维资源网络动态切片的架构示意图。
具体实施方式
本申请通过对云资源、IP带宽资源、光频谱资源等不同维度网络资源进行隔离和灵活分配，满足用户业务需求。如图3所示，以IP+光+云多维资源网络为例，网络层中包含IP节点、光节点和云计算存储节点。光节点之间通过光纤连接，IP节点和光节点之间通过IP通道连接，具体形式可以是网线。IP节点和云计算存储节点之间可以通过数据中心网络连接，不在本切片方法的讨论范围内。控制层包含SDN控制器，SDN控制器可以集中管理整个网络层的所有资源，包括节点资源的连接资源。应用层的切片应用根据SDN控制器收集到的网络层信息建立网络资源池进行多维资源管理，通过网络虚拟化技术将网络资源映射为虚拟节点和虚拟连接。虚拟节点由云计算存储节点、IP节点、光节点和IP节点与对应光节点之间的IP通道映射而成，具有存储、计算和业务交换功能。虚拟连接由光纤映射而成，负责连接各个虚拟节点。切片应用根据业务需求建立虚拟节点和虚拟连接，虚拟节点和虚拟连接共同构成虚拟网络，形成虚拟化多维资源网络切片。通过构建和重构多维资源网络切片，可以实现网络中多维资源按需分配和灵活调整。
下面通过实施例，对本申请的技术方案作进一步具体的说明。这有助于公众理解本申请，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本发明技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本申请的技术方案所限定的保护范围。
本申请提供一种面向多维资源的网络动态切片方法，请同时参看图3及图4，该方法包括以下步骤：
步骤S100，在控制层，控制器通过南向接口和协议获得网络层中的多维资源网络的拓扑信息、资源信息和业务信息；其中，资源信息包括节点资源信息，拓扑信息包括拓扑连接信息。拓扑连接信息指IP节点、光节点和云计算存储节点之间的连接关系；节点资源信息指每个IP节点、光节点和云计算存储节点的信息，例如IP节点和光节点的端口信息，云计算存储节点的CPU信息、内存信息等；业务信息包括业务种类、业务正常传输的最大容忍时延、业务传输起点、业务传输终点、业务需求带宽、业务计算处理需求（如车联网的车辆导航业务需要实时计算车辆位置信息）等。在本实施方式中，控制器为SDN控制器。
步骤S102，在控制层，控制器通过北向接口将拓扑信息、资源信息和业务信息发送至切片应用层。
步骤S104，在切片应用层，切片应用根据拓扑信息和资源信息建立多维资源间的连接关系，并根据连接关系建立多维资源池。其中，多维资源池是指包含多维资源设备的信息和连接关系的数据库。以IP、光、云组成的多维资源为例，多维资源池包含：（1）IP设备信息，如IP端口、带宽信息；（2）光设备信息，如光频谱信息；（3）云设备信息，如虚拟机信息；（4）IP设备与光设备和云设备的连接信息，如IP设备A与光设备B通过端口X相连接，A与B之间的IP带宽为50Mbps。
步骤S106，在切片应用层，切片应用根据接收的业务信息判断出网络中具有不同资源需求的新业务，则从资源池中调用与该类新业务相匹配的所需资源，建立对应的多维资源网络切片；切片应用通过北向接口将多维资源网络切片发送至控制层中的控制器。其中，步骤S106具体为：切片应用根据业务信息进行分析，以获得业务需求，其中，业务需求包含业务的带宽需求和计算需求；切片应用根据业务需求进行业务传输路径计算，切片应用根据业务需求和计算的传输路径结果进行资源需求计算，并从资源池中调用与该业务需求相匹配的所需资源，例如，根据上述带宽需求和传输路径，计算需要为该业务在该传输路径上分配的IP资源（带宽）光资源（频谱）和云资源（虚拟机），当新业务带宽需求500Mbps，计算资源需要2个CPU核心和500M内存，传输路径为:IP节点A-光节点B-光节点C-IP节点D-云节点E- IP节点D-光节点C-光节点F-IP节点G，则计算的资源需求为：（1）IP节点与光节点之间连接带宽500Mbps ，包括节点A-B，C-D， F-G之间的IP通道；（2）光节点之间可以实现500Mbps带宽传输的频谱资源，包括节点B-C，C-F之间的连接；（3）云节点的虚拟机资源，如云节点E中为该业务分配一个虚拟机进行计算处理，该虚拟机包括2个CPU核心和500M内存；切片应用根据业务传输路径和调用的所需资源生成虚拟节点和虚拟连接，组成虚拟网络，以建立对应的多维资源网络切片，其中，虚拟节点由云计算存储节点、IP节点、光节点和IP节点与对应光节点之间的IP通道映射而成，虚拟连接由光纤映射而成，负责连接各个虚拟节点；切片应用通过北向接口将多维资源网络切片发送至控制层中的控制器。例如，所述业务信息为网络中对时延要求较高的时延敏感业务的时延敏感业务信息，切片应用对该时延敏感业务进行需求分析，判断出此类业务具有低时延需求后，并根据所述低时延需求计算低时延传输路径，其中，在计算低时延传输路径过程中以IP带宽容量、光频谱容量和云节点的存储能力、计算时间为基准选择时延最优路径；切片应用根据所述低时延传输路径计算所需要的IP带宽资源、光频谱资源和云节点资源，从建立多维资源池中调用对应的所需资源，建立多维资源网络切片，所述所需资源为IP带宽、光频谱或云节点的虚拟机。
步骤S108，在控制层，控制器将多维资源网络切片翻译为第一设备配置信息，并通过南向接口将第一设备配置信息下发至对应网络层中的设备，以实现多维资源网络切片部署。例如，网络层中的设备是指虚拟节点所对应的云计算存储节点、IP节点、光节点设备。
当切片应用感知到切片内资源不足无法满足业务需求时，对切片重构过程中产生的服务质量（QoS）损失和切片重构后服务质量改善进行评估，根据业务需求和评估结果调整切片内的多维资源，亦既进行多维资源网络切片重构，提升全网服务质量，解决多维资源利用率低、缺少按需调度等问题。
进一步的，请同时参看图5，上述面向多维资源的网络动态切片方法还包括以下步骤：
步骤S110，在切片应用层，切片应用在判断出控制器周期性发送的任意一个业务信息中的实时QoS与对应的且预存的服务质量基准值不相适应时，根据业务信息及多维资源池对对应的多维资源网络切片重构，以获得多维资源网络重构切片。其中，步骤S110具体为：根据各个多维资源网络切片的承载业务对对应的多维资源网络切片的QoS的需求不同，初始化各个多维资源网络切片的QoS权重，其中，对QoS要求越高，权重越大，例如QoS权重可以根据业务重要性确定，重要性分为低、中、高，权重就是1、2、3；根据各个多维资源网络切片的承载业务对对应的多维资源网络切片的QoS的需求不同，初始化各个多维资源网络切片的业务对网络最低QoS的容忍阈值，其中，对QoS要求越高，QoS阈值越高，QoS阈值可以根据用户需要进行选择，例如，用户关注业务时延，可通过时延计算QoS阈值，若QoS计算方式为：QoS=1/切片内业务的平均时延，则QoS阈值具体计算方式可以为：QoS阈值=1/（切片内业务的理想时延*α），α>1，α根据业务QoS要求确定，要求越高，α越大；固定周期监测各个网络切片的网络QoS，根据各个网络切片的QoS和QoS阙值，判断是否有网络切片的QoS低于与其对应的QoS阈值；若不存在QoS低于QoS阈值的切片，则继续监控；若存在QoS低于QoS阈值的切片，对QoS低于QoS阙值的网络切片计算所有可行的重构方案；根据重构方案计算网络切片重构对QoS的影响，包括重构过程中对网络切片中现有业务的负面影响和切片重构后对网络切片的QoS的改善程度；根据网络切片重构对QoS影响和各个切片的QoS权重计算整个网络的加权平均QoS，选择整个网络的加权平均QoS提升最大的重构方案为多维资源网络重构切片。其中，整个网络的加权平均QoS通过公式（1）计算：
例如，还是以所述时延敏感业务为例，切片应用先根据所述时延敏感业务的QoS需求初始化建立的所述多维资源网络切片的QoS权重和QoS阈值；控制器周期性向切片应用发送与所述多维资源网络切片对应的时延敏感业务信息；切片应用分析与所述多维资源网络切片对应的时延敏感业务信息，在判断出所述多维资源网络切片对应的时延敏感业务的QoS低于QoS阈值时，切片应用根据所述多维资源网络切片对应的时延敏感业务的所述低时延需求计算所有可行的重构方案；并计算所述所有可行的重构方案对所述多维资源网络切片的QoS的影响，根据计算获得的时延增加值、切片重构后降低的业务时延值，选择综合QoS提升最高的重构方案作为最终多维资源网络重构切片，另外，如果需要调用其它切片资源进行重构，则选择所有受影响切片加权平均QoS最高的重构方案；其中，时延增加值是指切片重构对所述多维资源网络切片内已有业务造成的时延增加值。
步骤S112，在切片应用层，切片应用通过北向接口将多维资源网络重构切片发送至控制层中的控制器。
步骤S114，在控制层，控制器将多维资源网络重构切片翻译为第二设备配置信息，并通过南向接口将第二设备配置信息下发至对应网络层中的设备，以再次实现多维资源网络切片部署。
步骤S116，根据重构后各个网络切片QoS更新与每个网络切片对应的QoS阈值。
通过上述步骤S110至步骤S116，可以解决固定周期的网络动态切片重构方案存在的“容易造成网络QoS降低和网络资源的浪费”的技术问题，亦既，请同时参看图2，虽然控制器根据固定时间周期检测网络业务，根据网络业务的变化情况进行切片重构，使重构后的网络可以满足变化后的业务需求，但是基于固定周期的网络动态切片方案并没有考虑切片重构对网络现有业务的负面影响，仅通过时间周期决定是否进行切片重构。而每个监测周期内不一定都发生业务剧烈变化导致QoS大幅减低，当业务仅小幅度变化时，切片重构过程中产生的负面影响甚至大于切片重构的收益，使控制器负载增加，反而降低网络服务质量。可见，通过基于固定周期的网络动态切片方案可以根据网络业务变化动态调整网络切片，满足业务动态需求。但是该方案忽视了网络切片重构过程中对网络性能的负面影响，难以满足用户对多维资源的灵活调度需求，容易造成网络QoS降低和网络资源的浪费。
为了便于理解本申请中技术方案及其达到的效果，以下通过一实施例的描述来进一步说明：面向多维资源的网络动态切片可以应用在多资源网络中，以IP+光+云多维资源网络为例，如图6所示。
当业务发生动态变化时，例如网络负载增加造成时延敏感业务的时延增加，需要进行多维资源网络切片重构：
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种面向多维资源的网络动态切片方法，包括以下步骤：
在控制层，控制器通过南向接口和协议获得网络层中的多维资源网络的拓扑信息、资源信息和业务信息；
在控制层，控制器通过北向接口将拓扑信息、资源信息和业务信息发送至切片应用层；
在切片应用层，切片应用根据拓扑信息和资源信息建立多维资源间的连接关系，并根据连接关系建立多维资源池；
在切片应用层，切片应用根据接收的业务信息判断出网络中具有不同资源需求的新业务，则从资源池中调用与该类新业务相匹配的所需资源，建立对应的多维资源网络切片；切片应用通过北向接口将多维资源网络切片发送至控制层中的控制器；
在控制层，控制器将多维资源网络切片翻译为第一设备配置信息，并通过南向接口将第一设备配置信息下发至对应网络层中的设备，以实现多维资源网络切片部署。
2.根据权利要求1所述的面向多维资源的网络动态切片方法，其特征在于：步骤“在切片应用层，切片应用判断出网络中具有不同资源需求的新业务，则从资源池中调用与该类新业务相匹配的所需资源，建立对应的多维资源网络切片；切片应用通过北向接口将多维资源网络切片发送至控制层中的控制器”具体为：
切片应用根据业务信息进行分析，以获得业务需求；
切片应用根据业务需求进行业务传输路径计算；
切片应用根据业务需求和计算的传输路径结果进行资源需求计算，并从资源池中调用与该业务需求相匹配的所需资源；
切片应用根据业务传输路径和调用的所需资源生成虚拟节点和虚拟连接，组成虚拟网络，以建立对应的多维资源网络切片；
切片应用通过北向接口将多维资源网络切片发送至控制层中的控制器。
3.根据权利要求1或2所述的面向多维资源的网络动态切片方法，其特征在于：在控制层，控制器为SDN控制器。
4.根据权利要求3所述的面向多维资源的网络动态切片方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在切片应用层，切片应用在判断出控制器周期性发送的任意一个业务信息中的实时QoS与对应的且预存的服务质量基准值不相适应时，根据业务信息及多维资源池对对应的多维资源网络切片重构，以获得多维资源网络重构切片；
在切片应用层，切片应用通过北向接口将多维资源网络重构切片发送至控制层中的控制器；
在控制层，控制器将多维资源网络重构切片翻译为第二设备配置信息，并通过南向接口将第二设备配置信息下发至对应网络层中的设备，以再次实现多维资源网络切片部署。
5.根据权利要求4所述的面向多维资源的网络动态切片方法，其特征在于：步骤“在切片应用层，切片应用在判断出控制器周期性发送的任意一个业务信息中的实时服务质量值与对应的且预存的服务质量基准值不相适应时，根据业务信息及多维资源池对对应的多维资源网络切片重构，以获得多维资源网络重构切片；”具体为：
根据各个多维资源网络切片的承载业务对对应的多维资源网络切片的QoS的需求不同，初始化各个多维资源网络切片的QoS权重，其中，对QoS要求越高，权重越大；
根据各个多维资源网络切片的承载业务对对应的多维资源网络切片的QoS的需求不同，初始化各个多维资源网络切片的业务对网络最低QoS阈值，其中，对QoS要求越高，QoS阈值越高；
固定周期监测各个网络切片的QoS，根据各个网络切片的QoS和QoS阙值，判断是否有网络切片的QoS低于与其对应的QoS阈值；
若不存在QoS低于QoS阈值的切片，则继续监控；
若存在QoS低于QoS阈值的切片，对QoS低于QoS阙值的网络切片计算所有可行的重构方案；
根据重构方案计算网络切片重构对QoS的影响，包括重构过程中对网络切片中现有业务的负面影响和切片重构后对网络切片的QoS的改善程度；
根据网络切片重构对QoS影响和各个切片的QoS权重计算整个网络的加权平均QoS，选择加权平均QoS提升最大的重构方案为多维资源网络重构切片。
6.根据权利要求5所述的面向多维资源的网络动态切片方法，其特征在于：根据重构后各个网络切片QoS更新与每个网络切片对应的QoS阈值。
7.根据权利要求6所述的面向多维资源的网络动态切片方法，其特征在于：整个网络的加权平均QoS通过公式（1）计算：
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