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  • 专利基于SDN网络切片

    2018-11-30 09:41:11
    实际上,从5G发令枪打响时,3GPP、BBF、GSMA、中国移动、KT、SK Telecom、华为、中兴、爱立信、诺基亚等标准组织、运营商设备商就将网络切片技术作为5G网络的关键技术。 近几年来在业界戮力研发下,网络切片技术...
  • SDN_NFV机器学习大数据驱动的5G网络切片
  • 利用NFV和SDN实现5G网络切片

    千次阅读 2018-01-05 15:41:17
    利用NFV和SDN实现5G网络切片 网络切片 网络切片将在5G的实施中发挥关键作用,该技术允许运营商在单一的物理基础设施之上运行多个虚拟网络。随着2020年的5G商业化,许多人正在想,网络功能虚拟化...
    利用NFV和SDN实现5G网络切片

    网络切片

    网络切片将在5G的实施中发挥关键作用,该技术允许运营商在单一的物理基础设施之上运行多个虚拟网络。随着2020年的5G商业化,许多人正在想,网络功能虚拟化(NFV)和软件定义网络(SDN)能够延伸到什么程度。

    虚拟化基础设施

    NFV和SDN是两个相似但截然不同的技术,引领者电信行业网络基础设施的数字化转型。NFV主动提供网络服务,这种网络服务通常运行在拥有虚拟机的专有硬件上,其中虚拟机被理解为模仿专用硬件的操作系统。借助NFV,虚拟机可以提供路由、负载均衡和防火墙等网络功能。资源不再局限于数据中心,而是遍及网络,加快内部运营的生产力。

    另一方面SDN通过中央控制平面的应用程序编程接口(API)管理网络流量。例如,当一个数据包到达网络中的特定交换机时,网络中的策略决定了转发数据包的位置。利用SDN,网络管理员能够在整个网络中提供服务,而不需要考虑硬件组件。

    SDN/NFV在网络切片中的作用

    SDN和NFV都能提供网络切片所需的功能,5G网络切片的主要思想是在网络上创建和划分不同的业务,使运营商能够为这些业务提供最佳的支持。SDN和NFV作为网络切片的基础,允许使用武力和虚拟资源来提供某些服务。

    预计SDN和NFV将在网络切片中扮演重要角色的另一种方式涉及无线接入网络(RAN)。在网络核心中,SDN和NFV将各个切片的网络组件虚拟化以满足特定的需求。网络切片可以通过从物理无线资源中映射到RAN中启用,预计NFV和SDN将被用于支持不同的RAN以及在这些RAN上运行的不同业务类型。

    此外,SDN和NFV的商业化引入预计在未来几年内有显著的增长,使得网络切片能够提供灵活地网络安装以满足各种应用和服务的需求。此外,SDN可以用来提供一个总体架构来帮助5G在一个控制平面上运行,确定网络中流量的最佳路径。

    结论

    SDN和NFV将会与网络切片一起发展,使用开放协议将软件与硬件分离,并从控制平面管理网络行为将使5G网络能够为不同的用户提供不同类型的服务。出于这些原因,SDN、NFV等技术不仅弥补了5G网络切片的发展,更是在推动其发展。

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  • 为了解决这个问题,引入了网络切片的概念,并将网络功能虚拟化(NFV)与软件定义网络(SDN)等前沿技术相互融合在一起,提出了一个面向未来移动通信的新型网络架构——基于SDN与NFV的网络切片架构。这种新的网络架构...
  • 网络切片:打造基于SDN和NFV的5G网络

    千次阅读 2016-12-26 21:21:47
    在转型过程中,运营商要记住3个关键词:敏捷、高效、速度。但是,要想实现真正的高效,端到端的全网切片必不可少。

    文/Gary Maidment

    本文改编自Ling Yim-Kwong博士的白皮书《NFV SDN到5G网络切片》

    网络现代化是每个运营商必经的历程。NFV和SDN推动了网络现代化的发展,软件化和云化则定义了网络现代化的路径,而在网络现代化历程的尽头,优质用户体验翘首以待。在转型过程中,运营商要记住3个关键词:敏捷、高效、速度。但是,要想实现真正的高效,端到端的全网切片必不可少。

    快速、高效、敏捷:未来网络的标志

    随着互联网的前身——ARPANET于1969年建立,以及1973年全球第一部移动电话诞生,数字时代急速形成。10年之后,摩托罗拉推出了全球第一部商业手机,这比上世纪90年代早期开始流行的互联网还要早大概10年。直到2007年,苹果公司推出第一部智能手机iPhone,将网络和移动技术结合起来,才真正改变了手机市场的游戏规则,催生了当前人人离不开的智能手机和OTT应用的时代。

    人们对App和社交网络的极大需求见证了网络流量的快速增长,而随着为消费者和垂直行业而生的新型物联网服务不断成熟,未来网络的流量会更加高涨。据预计,2025年全球联接总数将会达到1000亿,其中约80亿联接将会来自智能手机。

    然而,虽然网络已构成了当今世界的基础,但网络的建设者和运营者——电信运营商们却面临着“增量不增收”的困境。据Ovum预计,2015~2025年宽带网络的流量将增加205%;与之形成鲜明对比的却是,在此10年间,全球宽带业务的消费额只能勉强增加51%。

    要想保持盈利并满足不断增长的流量需求,网络就必须更加高效,以帮助运营商在降低CAPEX和OPEX的基础上提供更好的服务体验;同时,网络还必须足够敏捷,这样运营商才能快速创新并推出新业务,以便在用户有业务需求的时候即刻满足。高效、敏捷和速度是运营商网络成功的标志性因素,也是当前运营商网络转型的终极目标,而NFV和SDN就是运营商转型的有力工具。

    为了更好地应用NFV和SDN,必须将5G网络分割成多个切片。每个切片都是逻辑独立的,以实现某个特定类型业务的最佳体验,不同业务和切片网络之间能够实现资源共享。

    循序渐进:运营商转型的4个阶段

    “理想很丰满,现实却很骨感。”运营商的转型也同样如此——既要考虑到原有网络的利旧,也要考虑到相关技术和生态链的成熟问题;此外,员工要掌握相关的必备技 能、组织要向新的以软件和客户为中心的运作模式转变……这些都需要一个漫长的过程。一般而言,运营商的转型要经历4大阶段:虚拟化和云化、业务迁移、端到端业务编排(EEO),以及网络切片。

    当然,采取更加激进的建网策略也是可以的,那就是压缩这些阶段,直接铺设单独的NFV/SDN网络,将其叠加在运营商现有的网络之上,一次性将原有业务迁移到新网络。这种方法尽管波及面很广,但详细了解一下各个转型阶段还是很有必要的。

    阶段一:虚拟化和云化

    虚拟化可以实现网元软/硬件功能的分离,就像路由器的原理一样。这反映了软件定义功能向计算硬件发展的转变,可实现计算能力与存储能力的灵活共享,因为软件应用在商品化硬件(COTS)上和在专门硬件上的运行效率是一样的。

    除了虚拟化,计算和存储能力也逐渐从PC向集中式的云转移。云设施能够实现功能和位置的解耦,带来的好处包括网络扩展性、资源共享、网络弹性、低功耗以及效率的提升。将大量数据集中起来提供给不同用户,用于不同目的,还可以支持大数据分析以及相应的不计其数的应用。

    NFV将虚拟化技术引入到网络设施中,将软件功能和专用硬件解耦,支持虚拟网络功能(VNF)软件在商用服务器上运行,从而模仿网元功能和性能。当前,能够实现这一功能的商用产品包括了vIMS和vEPC。

    阶段二:业务迁移

    运营商部署NFV和SDN、将现网迁移到新平台上可以采取多种策略,每种策略都必须考虑到业务的重要性以及各个业务的独立性。主要策略包括:

    部署新业务:部署支持NFV/SDN功能的新业务,例如包含IMS和BoD(按需分配带宽)的VoLTE业务。

    更换平台:当原有硬件和软件系统生命周期结束、需要进行大幅度容量提升时,这是最好的方法。

    部署中央SDN和NFV平台:这种策略这样能可实现大数据分析,并提供新的集成业务。

    业务集中化:可以此策略推动部署新的高效技术。

    阶段三:端到端业务编排(EEO)

    NFV和SDN是相互独立却又互补的技术,二者都能实现运营商网络的软件化转型。但是,还需在全网范围部署支撑端到端业务编排(EEO)的各种应用,这样才能发挥这两项技术的最大功效。

    业务编排能够加强运营商的敏捷性,助力运营商更加高效地分配网络资源并缩短TTM。在诸多致力于实现NFV和SDN网络EEO的举措中,由Unix基金会运营管理的Open-O(Open-Orchestrator)项目是一个关键里程碑,其于2016年在巴塞罗那全球移动通信展期间首次公布,是多方共同努力的成果,致力于为敏捷SDN和NFV运营打造首个开源软件框架和编排器。目前,EEO的早期应用已经就位,例如于2016年9月首次发布的中国电信的云VPN计划。

    阶段四:网络切片

    传统的移动通信网络运行模式都很单一,即一张网运行所有业务,依靠诸如DiffServ等IP协议来确定不同业务的优先级,但这些协议都是零碎的,无法实现端到端的业务编排。

    网络切片已被录入NGMN的5G愿景中,该技术可优化网络资源分配,实现最大成本效率,满足多元5G新业务的需求。NGMN将网络切片定义为端到端技术,涵盖了核心网和接入网。

    新的5G空口技术就支持网络切片。在核心网上,网络切片可以单独实施或者在新的5G空口部署之前实施。每个网络切片逻辑上都是一个自给自足的网络,每项业务都拥有一个独立的网络切片。例如,专门的视频网络切片、IoT网络切片,或者关键通信网络切片等等。当然,也可以将多个相似业务放在一个网络切片上。

    每个切片都为专门业务类型而优化,每个都支持端到端,包括RAN和核心网。与LTE不同的是,5G空口支持动态和半动态切片。多个并行的网络切片可以部署到一个物理设施之上,每个切片都能实现超可靠和超实时的联接。

    各种技术的叠加和联动

    网络切片基于NFV和SDN技术,这两种技术都需要和业务编排叠加,而业务编排需要EEO才能实现二者的协调。包括中国移动、德国电信、KDDI、韩国电信、NTT和韩国SK电信在内的领先运营商都在朝着网络切片技术前进,其中NTT已经开发出一套切片网络管理系统,这是整个解决方案的关键一部分。

    华为是业界领先的NFV和SDN技术供应商,并且持续推动着这两项技术的发展。华为咨询服务部门提供各类产品、解决方案以及咨询服务,擅长帮助运营商实施面向未来的转型——即在5G网络上实现SDN、NFV和网络切片,从而实现新业务的高效上市,同时提升运营商的利润。

    相关链接

    SDN发挥作用

    传统的传输网络中包含专门的路由器和交换机来实现数据转发和网络控制。SDN通过一个单独的基于软件的SDN控制器来实现网络控制功能的集中化,而路由器和交换机只负责转发,这样就减少了转发网元的成本。

    SDN控制器监控大部分网络,轻松识别最优报文路由,这在网络拥堵或者部分瘫痪的情况下尤其有用。SDN控制器的路由决策能力比传统网络中的路由器和交换机也高出不少,因为后者的路由决策只是基于很有限的一部分网络情况。

    但2016年1月的Gartner报告显示,仅有2%的客户部署了SDN。推迟SDN部署的主要原因就是缺乏标准化设备。对运营来说,大规模的SDN部署尚在襁褓之中。

    区域云工厂

    国家级的网络架构一般包括2~3层,即接入层、汇聚层和核心层。云基础设施也是分层的,一般分为本地级、区域级或者国家级的数据中心。分层能够提升网络的性能、弹性、灵活性以及网络韧性,也方便网络维护和网络融合。

    例如,每个跨国运营商的子网一般都包括本地的国家网络和平台。由于光纤网络能够降低传输成本,跨国运营商有理由将多国网络设施融合成一个国际网络。这种统一融合的平台被称为“区域云工厂”。对于跨国运营来说,其好处就是无需为每个国家子网建立平台,只需在全球运营一个VAS平台即可。

    尽管协同会为泛欧洲和泛非洲云工厂带来各种巨大的潜在好处,但障碍仍然存在,包括政府管制的制约、数据安全及隐私、内容获取是由本地还是地区定制,以及是由本地还是地区提供支撑等等。例如,有些业务可以迁移到区域云中心,而有些业务还是本地化比较好。


    (更多华为资讯请关注华为开发者社区,华为自己的对外开放门户:http://developer.huawei.com/ict/cn/ ,不要问我叫啥,别人都叫我雷锋)



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    端到端网络切片

    网络切片与NFV和SDN的关系

    端到端网络切片是为了在同一物理网络上实现满足不同业务需求的逻辑链路,为了实现端到端的切片需要接入网、承载网、核心网都能实现切片功能。

    接入网切片

    接入网切片可以通过根据AU、CU、DU的不同部署以及时频资源分配实现三大场eMBB、uRLLc、mMTC切片

    承载网切片

    承载网中包含大量的转发设备,可以应用SDN技术,SDN 控制器通过南向接口与数据平面的OpenFlow 交换机进行交互,并利用北向接口解释来自应用层的业务需求从而操控数据平面的 OpenFlow 交换机实现业务数据的快速转发。

    核心网切片

    核心网采用的是SBA结构,需要用到NFV技术将网络功能部署在通用服务器上,可以为切片实现定制化的网络功能。

    一直不明白怎么将NFV/SDN技术应用于网络切片,直到看到这张图才理解了SDN和NFV技术分别应用到可承载网和核心网。
    在这里插入图片描述

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  • 参考文档:中国联通5G网络切片白皮书 ...网络切片SDN/NFV技术应用于5G网络的关键服务。一个网络切片将构成一 个端到端的逻辑网络,按切片需求方的需求灵活地提供一种或多种网络服务。 2. 网络切片整体架构 5G端...

    参考文档:中国联通5G网络切片白皮书

    1. 引言

    业务需求多样性——网络切片应运而生。

    通过网络切片,使得运营商能够在一个通用的物理平台之上构建多个专用的、虚拟化的、互相隔离的逻辑网络,来满足不同客户对网络能力的不同要求。

    网络切片是SDN/NFV技术应用于5G网络的关键服务。一个网络切片将构成一 个端到端的逻辑网络,按切片需求方的需求灵活地提供一种或多种网络服务。

    2. 网络切片整体架构

    5G端到端网络切片是指将网络资源灵活分配,网络能力按需组合,基于一个5G网络虚拟出多个具备不同特性的逻辑子网。每个端到端切片均由核心网、无线网、传输网子切片组合而成,并通过端到端切片管理系统进行统一管理。网络切片整体架构如下图所示:
    在这里插入图片描述

    • 基于服务化架构的核心网支撑切片按需构建
      传统基于专用硬件的核心网无法满足5G网络切片在灵活性和SLA(Service Level Agreement,服务等级协议)方面的需求。5G核 心网基于全新的服务化架构,将网络功能解耦为服务化组件,组件之间使用轻量级开放接口通信。这种高内聚低耦合的结构使其具备敏捷、易拓展、灵活、开放的特性,从而满足网络切片的按需构建、动态部署弹缩和高可靠性要求。

    • 灵活无线切片和统一空口架构设计适配多样化切片场景
      5G无线网支持AAU(Active Antenna Unit,有源天线单元)/CU(中央单元)/DU(分布单元)的灵活切分和部署,满足不同场景下的切片组网需求。CU 可云化部署方便无线资源的集中管理,也可下沉与DU合一部署降低传输时延,满足低时延场景的需求。同时,统一的空口框架, 灵活的帧结构设计支持切片无线资源的灵活分配,实现不同切片场景下对空的差异化需求。

    • SDN化传输网配合多层次切片技术灵活构建传输切片
      传输网切片运用虚拟化技术,将网络拓扑资源虚拟化,按需组成虚拟网络。网络切片面向网络拓扑资源的虚拟化,构建虚拟网络(vNet)。支持多层次的切片隔离技术,如FlexE、 LDP LSP、RSVP-TE隧道、VLAN等技术,满足不同隔离要求下的切片需要。SDN架构的层次化控制器,实现物理网络和切片网络的端到端统一控制和管理,从而 满足不同类型切片业务对传输的要求。

    • 端到端切片编排管理实现模型驱动的切片运营
      切片给网络带来灵活性的同时也增加了管理的复杂性,需要统一的智能化系统实现切片的端到端编排管理。

    3. 核心网子切片技术要求

    5G核心网支持灵活的切片组网,基于微服务的网络切片构建,以及切片的智能选择、 切片的能力开放、4/5G 切片互通、切片的多层次的安全隔离等关键技术要求。
    在这里插入图片描述
    (1)切片的灵活组网
    根据SLA、成本、安全隔离等需求,核心网切片支持GROUPA, B, C等多种共享类型进行灵活的组网。其中GROUP A是媒体面和控制面网元都不共享,其安全隔离度高、对成本不敏感,适用于远程医疗、工业自动化等场景; GROUP B是部分控制面网元共享,媒体面和其他控制面网元不共享,其隔离要求相对低,终端可同时接入多个切片,适用辅助驾驶、车载娱乐等场景; GROUP C是控制面网元共享,媒体面网元不共享,隔离要求低,对成本敏感,适用手机视频、智能抄表等场景。
    切片典型组网是NSSF(网络切片选择功能)和NRF(网络存储库功能)作为5G核心网公共服务,以PLMN(公共陆地移动网络)为单位部署; AMF(接入和移动管理功能), PCF(控制策略功能), UDM(统一数据管理)等NF(网络功能)可以共享为多个切片提供服务; SMF(会话管理功能)、UPF(用户平面功能)等可以基于切片对时延、带 宽、安全等的不同需求,为每个切片单独部署不同的NF。
    (2)基于微服务的切片快速构建
    5G 核心网支持灵活组合 3GPP定义的标准 NF服务和公共服务 。在可视化界面上,可 通过将各类服务 拖拽组合的方式灵活编排 NF,再将NF组合成需要的网络切片,如 eMBB 、 U RLLC 、 mMTC 等切片。每个服务支持独立注册,发现和升级,从而更便于满足各垂直行业的定制需求。基于微服务快速构建网络切片如下图所示:
    在这里插入图片描述
    (3)切片的智能选择
    5G 核心网切片主要采用NSSF实现切片的选择。 NSSF(Network Slice Selection Function,网络切片选择功能) 支持基于NSSAI(Network Slice Selection Assistance Information,网络切片选择辅助信息) 、位置信息、切 片负荷信息等各种策略,智能化的选择切片。基于位置信息可以实现全国、省市等大切片的部署,也可以实现如工业园区、奥体中心、智慧小区等小微切片的部署。 同时, 5G 核心网 支持通过 NWDAF(Network Data Analytics Function,网络数据分析功能) 实时采集网络切片的性能指标,如用户数、当前吞吐量、平均速率等, NSSF从NWDAF获取相关的数据并结合AI执行智能化的切片选择策略。
    (4)切片的能力开放
    通过服务化架构, 5G 核心网能力开放功能 NEF(Network Exposure Function) 可直接或者通过能力开放平台向外部应用提供网络服务,支持定制化的网络功能参数、基于动态DPI 的灵活 Qos 策略、个性化切片和流量路径管理和个性化切片和流量路径管理 等能力开 放功能 ,从而更加精细化和智能化的满足外部对网络服务的要求。
    在这里插入图片描述
    (5)切片的漫游
    NSSF 和 AMF 通过对 VPLMN 和 HPLMN 的 NSSAI 进行映射,支持用户跨运营商,甚 至跨国际的漫游。

    4.无线网子切片技术要求

    无线网子切片,作为端到端网络切片中的一个关键组成部分,需要根据端到端切片编排管理系统下发的不同业务的不同 SLA 需求,进行灵活的子切片定制。无线网如果要支持灵 活的切片,在架构层面需要支持 如下关键功能:
    (1)统一空口,支持切片
    无线网基于统一的空口框架,采用灵活的帧结构设计。针对不同的切片需求,首先无线 网为每个切片进行专用无线资源 RB 的分配和映射,形成切片间资源的隔离, 再进行帧格式、 调度优先级等参数的配置,从而保证切片空口侧的性能需求。
    (2)灵活切分和部署
    根据不同的业务场景以及资源情况,可以对无线网进行 AAU/DU/CU 功能的灵活切分和部署。
    通常来说, mMTC场景对时延和带宽都无要求的,可以尽量进行集中部署,获取集中 化处理的优势; eMBB场景对带宽要求都比较高,对于时延要求,差异比较大, CU 集中 部署的位置根据时延要求来确定;而 URLLC 场景对时延要求极其苛刻,一般都会采用共部 署的方式,来降低传输时延的损耗。
    在这里插入图片描述
    不同的业务,对无线网子切片的隔离性要求也不一样,主要存在如下两种场景:
    在这里插入图片描述
    场景一:切片间完全隔离,不同切片在不同的小区上,如eMBB 切片和NB-IoT 切片 。
    场景二:CU-C 共享,CU-U 隔离,不同的切片可以在相同的小区上,共享CU-C,终 端要求同时接入多个切片,如:不同的eMBB 切片。

    (3)支持和核心网的对接
    无线网需要支持和核心网的对接,实现AMF 的选择流程:

    • 如果UE 携带有效的Temp ID(5GC分配的),则RAN 基于Temp ID 选择AMF;

    • 如果UE 携带有效的NSSAI,则RAN 基于NSSAI 选择AMF;

    • 如果UE没有携带有效的 Temp ID 和 NSSAI ,则 RAN 选择缺省的 AMF 。

    (4)传输网子切片技术要求
    传输网子切片,是在网元切片和链路切片形成的资源切片基础上 包含数据面、控制面、 业务管理 编排面的资源子集、网络功能、网络虚拟功能的集合。

    网元切片是基于网元内部的转发、计算、存储等资源进行切片 虚拟化,构建虚拟设备 虚拟网元( vNE ),是设备的虚拟化,虚拟网元 ( 具有类似物理网元的特征;链路切片是 通过对链路进行切片,形成满足 QoS 要求的 vLink vLink 可以是 LSP Tunnel ,也可以是 FlexE Tunnel 或 ODUk 管道等。

    传输网切片后,上层的业务与物理资源解耦,同时切片网络与业务解耦,即切片划分的 时候无需感知业务。下图为传输网子切片的技术架构,底层的物理网络被切分为多个子切片,

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网络切片和sdn