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分享如何现端到端网络切片


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GPP将络切片定义为5G络的主要功能之一,络切片可看作是动态创建的逻辑端到端络。在深入研究络切片的概念之前,我们先简单回顾下5G的大应用场景。

5G用例移动规范开发的主要机构3GPP正在努力现5G的个基本用例:

MBB(增强移动宽带):指在现有移动宽带业务场景的基础上,对于用户体验等性能进一步提升,追求人与人之间极点的通信体验。超可靠低延迟通信(URLLC):对关键任务通信的可靠性和延迟有严格要求的通信,其中包括自动驾驶汽车、远程手术或触觉互联。大规模机器类型通信(MTC):需要在有限区域内支持极大量设备的通信,这些设备只能间歇性地发送数据,如与物联(IT)相关的用例。

图15G用例

如图1所示,5G络必须同时支持延迟、吞吐量、容量等多样化且极端的要求,并且需要精心设计架构,以在服务能力和络投资之间提供比较佳平衡。运营商还应承诺现特定的服务水平目标(SLO),以现其业务目标或遵守每个用例的约定功能。这就是络切片的用武之地。

定义络切片3GPP将络切片定义为:

“络切片是提供特定络能力和络特性的逻辑络”。

理想情况下,络切片允许在相同的物理络中动态地创建逻辑络,以支持不同的用例和流量负载。络切片是一个端到端的概念,从用户设备延伸到接入(AN)、传输(TN)和核心(CN)。

端到端切片提供适当的隔离、资源和化的虚拟络架构,以服务于特定用例、SLO要求或业务解决方案。

络切片经过编排,形成运行在同一物理络上的特定服务逻辑络,这些逻辑络满足某些服务属性,如数据速度、容量、延迟、可靠性、可用性、覆盖范围和安全性。络切片使运营商能够为每个用例或服务组建立不同的功能、部署和体系架构,可以并行运行多个络例。



图2端到端5G切片范围

如图2所示,一个典型的5G络可以概括为以下几个部分:

用户设备(UE):通过“空口”连接到移动络的比较终用户终端。接入络(AN):构成线接入络(RAN)的一组元素,包括基站、天线和频谱资源。在RAN解耦的情况下,它还包括诸如线电单元(RU)、分布式单元(DU)和集中式单元(CU)等元素。图2是一个简化图,并未显示所有可能的RAN功能拆分。核心(CN):包括一组信令、身份验证、用户管理、移动性、与外部络的接口以及其他控制平面和管理平面服务的功能。5G核心可能分布在络内的不同位置。传输络(TN):用于承载AN和CN之间的传输流量。在RAN架构解耦的情况下,也会有TN互连RAN组件(例如RU、DU和CU)的例。络切片用例示例示例1:自动车辆切片需要端到端络为服务用例的特定切片例提供数据速率、可靠性、延迟、通信范围和速度等功能。

示例2:服务于智能计量或可穿戴医疗设备等应用的物联切片需要络安全、高效且经济地支持大量低延迟和高密度物联设备。

现络切片如上所述,5G络切片可用于确保端到端性能,以及服务和应用需求以满足客户期望。要现络切片,必须对各个段(接入、传输和核心)进行整体检查。需要在整个络中编排络切片的生命周期。

图3说明了端到端切片现中涉及的关键元素。这个特定的络为租户A、B和、C个客户提供络切片服务。



图3-端到端络切片

租户A具有个不同的切片,而租户B和C各有一个切片。每个切片都被构建为一个端到端络切片,由几个子片组成:

一个RAN(子)切片将RAN切片连接到核心切片的传输(子)切片一个核心(子)切片连接核心的第二个传输(子)片上面的每个切片都由特定于域的编排器控制器进行生命周期管理,在3GPP中称为络切片子管理功能(NSSMF):

RAN切片由RAN控制器或RANNSSMF管理传输切片由传输片控制器或传输NSSMF管理核心切片由核心控制器或核心NSSMF管理NSSMF具有现该域中的子切片所需的特定领域知识。NSSMF负责:

创建切片维护切片当不再需要时终止切片现一个北向接口,该接口公开域的抽象视图,并允许NSMF使用切片(见下文)。

此层次结构的比较高级别包含一个端到端络切片协调器,用3GPP术语来说是络切片管理功能(NSMF)。NSMF具有将子切片拼接在一起以创建端到端切片的功能。NSMF通过它们的北向接口与NSSMF通信以执行此操作。反过来,它还公开了一个抽象的北向接口,以允许使用其服务来创建端到端切片。

每个特定于域的子片根据性质分配或提供以下资源类型中的一种或多种:

虚拟和物理络功能光谱带宽传输层连接模型增强服务(例如络分析和安全服务)服务质量(QS)配置文件应用功能例如,核心切片可以为信令流量分配专用的计算资源。传输切片可以使用机制将络容量分配给每个切片。

硬切片和软切片络资源的共享水平“硬切片和软切片”取决于与络能力相关的服务水平目标。

“硬切片”和“软切片”之间的主要区别在于,硬切片导致络资源专用于一个切片,而软切片允许使用共享资源。

为每个络切片例分配专用的、非共享资源可保障每个应用程序或客户所需的性能、可用性和可靠性。然而,如果这些资源没有被完全使用,也不能用于其他切片。因此,硬切片可能不是很划算。

软切片允许传输资源的可控的超预订,可以让络资源更经济地用于约束较宽松的大容量应用程序。

传输切片本文前半部分介绍了端到端切片的定义以及它是如何现的,后半部分将侧重于传输切片以及如何现方式。

传输切片可以定义为物理络功能(PNF)和虚拟络功能(VNF)之间的一组不同的连接。此类传输切片具有确定性SLA,以现完整端到端络切片的端到端SLO。这些SLO包括QS、可用性、延迟和数据包丢失等参数。

多年来,IP和光传输络一直使用各种络虚拟化技术来交付虚拟络。那么,在传输切片方面有什么新东西呢传输络的关键要求是:

新SLO类型的关联,例如延迟,在以前要求并不严格。此外,需要确保在服务的整个生命周期内遵守SLO数据平面技术可以扩展以支持细粒度的流量工程使用流遥测技术现络状态和性能的近时可见性使用模型驱动的方法增强络可编程性,例如YANG模型需要集中的路径计算,而这反过来又需要新的络可见性机制络和控制系统之间的闭环反馈回路允许传输控制器(NSSMF)与端到端协调器(NSMF)通信的抽象API未来满足端到端络切片的SLA,IP传输切片必须满足几个要求:



表1-IP切片要求

表2提供了一组候选技术解决方案,可满足表1中的需求。



表2-IP切片候选方案

表2的功能集可以组合起来构建一个传输络,它与控制器形成一个闭环,如图4所示。



图4-现分段路由传输切片的闭环

在该示例中,在现传输切片的数据平面络与管理和或编排络的控制器之间存在闭环反馈回路。在这个络中:

基站(NBNB)和移动关(MG)之间需要开通服务。该服务具有一定的SLO,例如比较大延迟限制。有一个控制器既可用作SDN控制器,也可用作传输NSSMF。络通过BGP-LS向控制器公开自己的拓扑结构。该络还向控制器传输遥测信息,以便控制器对该络有比较新的了解。遥测信息包括链路利用率和延迟等。控制器使用路径计算引擎来计算NBNB连接到MG的边缘路由器之间的路径。控制器使用PCE或BGPSR-,将计算的路径信息传送到边缘路由器;边缘路由器将此路径信息嵌入到与此服务相关的数据包中。一旦路径建立,控制器就会持续监控络以确保SLO继续得到满足。如果业务所在路径的络状况恶化,控制器会将业务重新路由到其他合规的路径上。控制器作为传输NSSMF的角色,还向NSMF公开API,以便NSMF可以编排包含传输切片组件的端到端切片。为什么使用分段路由进行切片通过流量工程,服务提供商可以提供差异化的服务和增强的SLO。然而,在现对流量路由进行更精细的控制时,络运营商总是因可扩展性问题而陷入停滞。

目前基于RSVP-TE的分组络中的流量工程解决方案只支持粗级别的控制。应用RSVP-TE来设计更细粒度服务流的尝试总是因可扩展性问题而失败。分段路由(SR)是一种新的隧道模式,可以与软件定义络(SDN)应用程序结合使用,以解决现具有良好可扩展性和精细控制的难题。

与RSVP-TE和标签分发协议(LDP)不同,分段路由不需要在每个隧道的基础上进行控制平面的信令。它只需要入口边缘路由器来保持每个服务的状态,删除了来自中间和出口边缘路由器的状态管理要求。这使得分段路由的可扩展性比RSVP-TE好得多,同时提供了大部分相同的功能。

虽然分段路由提供了在络中构建转发路径的能力,但需要一些抽象智能来指示入口路由器在络中使用什么路径,以及使用什么服务。这种智能可以由一个外部流量工程控制器提供,该控制器充当有状态的活动路径计算元素(PCE),基于时络状态提供对络资源的端到端控制。这确保了昂贵的广域(WAN)容量得到有效利用,并且由于其络范围的可见性,确保了络可以提供特定的服务需求,如在需要时的脱节。

使用集中式控制器还有助于在WAN中使用SDN,通过自动创建和或删除特定服务可用的带宽来提供更灵活的联方式。这反过来又允许引入诸如带宽日历或按需带宽之类的服务。

因此,分段路由是传输现络切片所需服务能力的理想技术。
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