一种面向5G基站的切片编排方法及系统与流程

一种面向5g基站的切片编排方法及系统
技术领域
1.本发明涉及一种面向5g基站的切片编排方法及系统，属于无线通信技术领域。


背景技术：

2.5g(5th generation mobile communication technology，第五代移动通信技术)定义包括高带宽、低时延和海量机器接入的多种业务场景，不同业务对于网络功能的需求不同，如 embb(enhanced mobile broadband，增强移动宽带)业务需要大吞吐率调度，urllc(urllcultra reliable low latency communications，超高可靠超低时延通信)，需要超低时延及超高可靠性保障，这些对网络的灵活组网与资源分配提出了更高的需求。
3.在现有技术中，网络切片基本应用行业专网，基于固定的网络与资源配置策略，且主要作用于5g核心网，通过控制qos(quality of service，服务质量)来调节切片性能；对于接入网部分的资源分配策略往往采取整个设备共享或独占方式，对于资源策略受限于软硬件架构，分配粒度较大。由于用户的应用场景不同与网络服务需求多变，会使得对基站网络与资源需求是动态变化的。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种面向5g基站的切片编排方法及系统，能够对网络进行切片，通过制定编排策略，完成业务设计与网络设计的解耦，实现业务需求与网络功能的自动化映射，最终完成所需网络的编排，提高网络部署效率与灵活性。动态匹配5g基站切片的编排机制的业务需求，且结合基站的软硬件特点，设计端到端的切片架构，满足高效的切片编排。
5.为达到上述目的，本发明提供一种面向5g基站的切片编排方法，包括：
6.接收网络切片，根据网络切片类型，从端到端数据库侧获取相应的资源层面需求信息和业务层面需求信息；
7.根据资源层面需求信息和业务层面需求信息，生成网元，并对网元进行业务配置与资源分配。优先地，网络切片根据预设的网络形态、预设的网络切片服务参数和不同类型的网络切片实例模板生成。
8.优先地，网络切片服务参数包括切片的状态、切片开发者、切片名称、切片种类、ue最大下行速率ue、ue最大上行速率、切片下行速率、切片上行速率、切片端到端时延、ue移动速度、切片支持的最大ue数量、切片共享水平、切片预订时间、切片提供商、网络可靠性、ue 下行链路吞吐量、单ue切片上行速率、延迟容忍度、ue速度、snssai、plmnidlist、网络切片服务类型sst和覆盖区域。
9.优先地，网络形态包括共享网络和分离网络，
10.共享网络的配置包括：
11.共享部分：ran共享，对应的配置：通过an
‑
nssi
‑
id指定共享的接入网；
12.共享部分：传输网共享，对应的配置：通过tn
‑
nssi
‑
id指定共享的传输网；
13.共享部分：5gc共享，对应的配置：通过cn
‑
nssi
‑
id指定共享的核心网；
14.分离网络的配置包括：
15.位置：接入网，对应的方式：通过vxlan确定基站网元部署位置，以an
‑
nssi
‑
id标识；
16.位置：传输网，对应的方式：通过vxlan确定传输网位置，以tn
‑
nssi
‑
id标识；
17.位置：核心网，对应的方式：通过vxlan确定核心网部署位置，以cn
‑
nssi
‑
id标识。
18.优先地，还包括：
19.将网络切片存储在网络切片实例数据库；
20.完成网元业务配置与资源分配并且网络切片运行之后，查询网络切片实例数据库，获取运行网络切片的基本信息，并对其进行监控。
21.优先地，资源层面需求信息包括cu网元类型、cu部署域、cu的vcpu数量、cu内存容量、 cu磁盘容量、cu网络名称、cu光口名称和cu光口数量、du网元类型、du部署域、du的vcpu 数量、du内存容量、du磁盘容量、du网桥名称、5gc网元类型、5gc部署域、5gc镜像名称、 5gc的vcpu数量、5gc内存容量、5gc磁盘容量、5gc网络名称、5gc光口名称、5gc光口数量。
22.优先地，业务层面需求信息包括切片端到端时延、切片下行速率、切片上行速率、ue下行链路吞吐量、单ue切片上行速率和切片支持的最大ue数量。
23.优先地，基本信息包括切片id、切片名字、公共陆地移动网、s
‑
nssai、切片的状态、最大用户数、传输网时延、上行速率、下行速率、资源隔离。切片提供商、部署规划和覆盖区域。一种面向5g基站的切片编排系统，包括：
24.切片生命周期管理模块，用于接收网络切片，并将该网络切片存储在网络切片实例数据库中；
25.切片映射模块，用于根据网络切片类型，从端到端数据库侧获取相应的资源层面需求信息和业务层面需求信息；
26.切片配置模块，用于根据获取的资源层面需求信息和业务层面需求信息，生成网元；
27.资源配置插件模块，用于对网元进行业务配置与资源分配。
28.优先地，前端界面模块，用于创建网络切片，自定义网络切片的切片类型及其对应的切片服务参数；
29.切片监控模块，用于在完成网元业务配置与资源分配并且网络切片运行之后，查询切片存储数据库，获取运行网络切片的基本信息，并对其进行监控。
30.本发明所达到的有益效果：
31.本发明自定义网络切片的切片类型及其对应的切片服务参数，能够灵活编排基站网络；将网络切片存储在网络切片实例数据库，将用户的网络需求模板化，通过自动化映射，根据网络切片类型，从端到端数据库侧获取相应的资源层面需求信息和业务层面需求信息，最终生成具体的网络部署形态；完成网元业务配置与资源分配并且网络切片运行之后，查询切片存储数据库，获取运行网络切片的基本信息，并对其进行监控，便于实时直观地获知异常；对于切片的控制基于开放式基站平台，灵活动态控制接入网与核心网的网元资源，充分利用基站的软硬件解耦特征，确保每个切片稳定高效运行。
32.本发明能够对网络进行切片，通过前端界面模块制定编排策略，完成业务设计与
网络设计的解耦，实现业务需求与网络功能的自动化映射，最终完成所需网络的编排，提高网络部署效率与灵活性。本发明动态匹配5g基站切片的编排机制的业务需求，且结合基站的软硬件特点，设计端到端的切片架构，满足高效的切片编排。
附图说明
33.图1是本发明面向基站的网络切片系统架构图；
34.图2是本发明中网络切片管理层的原理框图；
35.图3是本发明中测试环境网络的示意图。
具体实施方式
36.以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
37.一种面向5g基站的切片编排方法，包括：
38.接收网络切片；
39.根据网络切片类型，从端到端数据库侧获取相应的资源层面需求信息和业务层面需求信息；
40.根据资源层面需求信息和业务层面需求信息，生成网元，并对网元进行业务配置与资源分配。优先地，网络切片根据预设的网络形态、预设的切片服务参数和不同类型的网络切片实例模板生成。
41.优先地，切片服务参数包括切片的状态、切片开发者slice provider、切片名称slice name、切片种类slice type、ue最大下行速率ue downlink date rate、ue最大上行速率ue uplinkdate rate、切片下行速率dlthptperslice、切片上行速率ulthptperslice、切片端到端时延latency、ue移动速度mobility、切片支持的最大ue数量max number of ues、切片共享水平resource sharing level、切片预订时间per
‑
order time、切片提供商、网络可靠性 reliability、ue下行链路吞吐量dlthptperue、单ue切片上行速率ulthptperue、延迟容忍度delaytolerance、ue速度uespeed、snssai、plmnidlist、网络切片服务类型sst、覆盖区域coverageareatalist。
42.优先地，网络形态包括共享网络和分离网络，
43.共享网络的配置包括：
44.共享部分：ran共享，对应的配置：通过an
‑
nssi
‑
id指定共享的接入网；
45.共享部分：传输网共享，对应的配置：通过tn
‑
nssi
‑
id指定共享的传输网；
46.共享部分：5gc共享，对应的配置：通过cn
‑
nssi
‑
id指定共享的核心网；
47.分离网络的配置包括：
48.位置：接入网，对应的方式：通过vxlan确定基站网元部署位置，以an
‑
nssi
‑
id标识；
49.位置：传输网，对应的方式：通过vxlan确定传输网位置，以tn
‑
nssi
‑
id标识；
50.位置：核心网，对应的方式：通过vxlan确定核心网部署位置，以cn
‑
nssi
‑
id标识。
51.优先地，还包括：
52.将网络切片存储在网络切片实例数据库；
53.完成网元业务配置与资源分配并且网络切片运行之后，查询切片存储数据库，获取运行网络切片的基本信息，并对其进行监控。
54.优先地，资源层面需求信息包括cu网元类型、cu部署域、cu的vcpu数量、cu内存容量、cu磁盘容量、cu网络名称、cu光口名称和cu光口数量、du网元类型、du部署域、du的vcpu 数量、du内存容量、du磁盘容量、du网桥名称、5gc网元类型、5gc部署域、5gc镜像名称、 5gc的vcpu数量、5gc内存容量、5gc磁盘容量、5gc网络名称、5gc光口名称、5gc光口数量。
55.优先地，业务层面需求信息包括切片端到端时延latency、切片下行速率dlthptperslice、切片上行速率ulthptperslice、ue下行链路吞吐量dlthptperue、单ue切片上行速率 ulthptperue和切片支持的最大ue数量max number of ues。8.根据权利要求5所述的一种面向5g基站的切片编排方法，其特征在于，
56.基本信息包括切片id、切片名字slice name、公共陆地移动网、s
‑
nssai、切片的状态、最大用户数、传输网时延、上行速率、下行速率、资源隔离。切片提供商、部署规划deploymentplanning和覆盖区域coverageareatalist。
57.一种面向5g基站的切片编排系统，包括：
58.切片生命周期管理模块，用于接收网络切片，解析对应的切片服务参数并为该网络切片生成唯一的id，编排一个新的与该切片服务参数相同的网络切片实例，并将该网络切片实例存储在网络切片实例数据库中；
59.切片映射模块，用于根据网络切片类型，从端到端数据库侧获取相应的资源层面需求信息和业务层面需求信息；
60.切片配置模块，用于根据获取的资源层面需求信息和业务层面需求信息，生成网元；
61.资源配置插件模块，用于对网元进行业务配置与资源分配；
[0062][0063]
优先地，前端界面模块，用于创建网络切片，自定义网络切片的切片类型及其对应的切片服务参数；
[0064]
切片监控模块，用于在完成网元业务配置与资源分配并且网络切片运行之后，查询切片存储数据库，获取运行网络切片的基本信息，并对其进行监控。
[0065]
根据本发明实施例，提供面向5g基站的切片编排方法。根据独立自主的基站软硬件，设计网络切片系统架构，系统架构包含：硬件层、系统资源层、端到端网络、业务配置与资源编排、网络切片编排管理和前端界面。用户通过界面自定义切片需求，网络切片编排管理解析切片需求，分别调用业务配置插件与资源编排插件；业务配置插件通过控制omc(operation andmaintenance center，操作维护中心)，用于配置与基站业务运行相关的基本参数；资源编排插件通过控制mano(management and orchestration，管理和编排)，实现基站网元资源的按需自动化配置。
[0066]
其中网络切片编排管理的北向接口采用开放接口，对接的网络切片编排管理界面，接收用户管理网络切片命令，提供用于管理的接口。南向接口依托管理和编排层(mano)和omc的组件进行通信，生成、管理与配置网络功能(nf)。
[0067]
网络切片管理层主要包含6个关键模块，如下图2所示，其中生命周期管理模块主要与切片映射模块和切片配置模块交互，其中切片编排主要通过过程(
①→②→③
、
④
)完
成；切片监控主要通过与业务配置插件与资源配置插件交互，切片监控信息通过过程(
⑥
、
⑦
)完成。业务配置与资源编排层主要用于完成基站网元的业务配置与资源分配，业务配置与资源分配均为现有技术，其中业务配置依托现有技术中的网管omc实现故障、配置、计费、性能和安全管理，实现对rru(radio remote unit，射频拉远单元)、du(distributed unit，分布式单元)、cu(centralized unit，集中式单元)、5gc(5g核心网)的配置，资源分配通过 cu
‑
mano编排软件与5gc
‑
mano分别实现对cu、5gc的硬件资源管理与调度。
[0068]
配置基站的网元业务层面的环境包括rru的初始化及业务配置、fpga的初始化与业务配置、 du的业务配置、cu的业务配置和5gc的业务配置；
[0069]
基站网元的生命周期管理包括基站网元的询问、基站网元的新建、基站网元的运行、基站网元的关闭、基站网元的删除和基站网元的查看。
[0070]
配置基站的网元业务层面的环境包括rru的初始化及业务配置、fpga的初始化与业务配置、 du的业务配置、cu的业务配置和5gc的业务配置；
[0071]
业务层面的性能信息包括基站的带宽和基站的时延；业务配置依托网管omc实现故障、配置、计费、性能和安全管理，实现对rru(radio remote unit，射频拉远单元)、du(distributedunit，分布式单元)、cu(centralized unit，集中式单元)、5gc(5g核心网)的配置，资源编排通过cu
‑
mano编排软件与5gc
‑
mano分别实现对cu、5gc的硬件资源管理与调度。系统资源层通过采用实时内核(rt
‑
kernel)、容器技术(docker)、kvm虚拟化技术实现基站资源虚拟化。
[0072]
硬件层包括射频硬件、fpga(field programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列)硬件、基带硬件、协议硬件和管理设备，射频硬件通过光口连接fpga硬件，fpga硬件通过pci
‑
e总线接口连接基带硬件，基带硬件通过网口连接协议硬件，管理设备通过网口连接基带硬件、协议硬件。硬件层与系统资源层是网络切片的编排基础，提供硬件能力与系统支撑。依托上述系统架构，下面详细阐述编排过程，描述了网络切片在编排阶段的工作步骤。一种面向5g基站的切片编排方法，包括以下步骤：
[0073]
自定义5g基站的切片需求命令，切片需求命令包括创建切片命令；
[0074]
自定义创建切片中不同的切片类型，自定义不同切片类型的网络切片服务参数；
[0075]
选择切片需求命令，选择需要创建的切片类型，并执行响应于切片需求命令的动作，动作包括创建切片；
[0076]
解析该切片类型对应的网络切片服务参数，为该切片生成唯一的id；
[0077]
网络切片类型包括视频类切片和语音类切片。
[0078]
1)基于选择的需要创建的切片类型，解析该切片类型对应的网络切片服务参数，为该网络切片服务参数生成唯一的id；
[0079]
2)编排一个新的与该网络切片服务参数相同的网络切片实例，并将该网络切片实例存储在 nsi数据库中；
[0080]
3)查询nsi数据库，显示步骤3中编排的新的网络切片实例的基本信息；
[0081]
4)将步骤3中的网络切片实例的状态更新为“映射”；
[0082]
5)基于步骤4中网络切片实例的切片类型的网络切片服务参数取值，生成端到端服务数据库中对应的资源层面与业务层面的需求信息；
[0083]
6)将步骤5中的网络切片实例的状态更新为“配置”；
[0084]
7)基于步骤5生成的需求信息，调用编排接口生成网元；
[0085]
8)将步骤7中的网络切片实例的状态更新为“实例化”；
[0086]
9)完成du、cu和5gc的创建，并配置这些网元的业务参数；
[0087]
11)将步骤10中的网络切片实例的状态更新为“运行”；
[0088]
12)查询nsi数据库，显示步骤10中网络切片实例运行时的基本信息；
[0089]
网络切片实例的基本信息为从网络切片服务参数中选取的参数。
[0090]
网元的业务参数为现有技术中的网元的相关功能参数，本发明可以根据实际需求进行相应的选取设定。调用编排接口生成网元，完成du、cu和5gc的创建，都是现有技术中的技术手段，本实施例不再详细阐述。
[0091]
编排新的切片由界面触发，切片服务参数作用是描述具体的切片需求，这些参数由用户在线选择或输入，具体如下表3.2。
[0092]
表3.2切片服务参数
[0093]
[0094][0095]
本实施例中网络形态包括共享网络和分离网络，部署规划deploymentplanning确定资源共享水平resourcesharinglevel，在步骤1之前规划网络形态，共享网络为resourcesharinglevel选择共享，分离网络为resourcesharinglevel选择分离，其中，resourcesharinglevel选择共享配置为：
[0096]
表3.3resourcesharinglevel选择共享配置
[0097]
共享部分配置ran共享通过an
‑
nssi
‑
id指定共享的接入网传输网共享通过tn
‑
nssi
‑
id指定共享的传输网5gc共享通过cn
‑
nssi
‑
id指定共享的核心网
[0098]
增加部署网元位置如下表3.4。
[0099]
表3.4网元部署位置
[0100]
[0101][0102]
(b)resource sharing level选择分离
[0103]
当resource sharing level选择分离时，表示切片资源完全独占，不共享网元。分离状态下网元部署位置文件如下表3.5。
[0104]
表3.5分离状态下网元部署位置配置文件
[0105][0106]
根据界面的用户输入参数与自定义的nst模板(见表3.2)，网络模版即nst模板，生成具体的网络切片实际实例。nst模板为网络切片实例模板，通用的nst模板定义如下表3.6。将网络切片编排一个新的网络切片实例(nsi)记录，并存储在网络切片实例数据库，网络切片实例数据库包括表3.6中的参数，网络切片实例模板的参数从表3.6中选取。
[0107]
表3.6
[0108]
[0109][0110]
nsi实例就是nst模板的所有参数的明确，可特指某视频类切片如nst
‑
video，如下表3.7所示。
[0111][0112][0113]
映射过程主要是获取端到端服务数据库中的参数，端到端服务数据集成得到端到端服务数据库，端到端服务数据表设计如下表3.9所示，包含资源层面的需求信息与业务层面的需求信息。
[0114]
表3.9端到端服务数据库表
[0115]
[0116][0117]
资源层面的需求信息与业务层面的需求信息取值根据具体测试所得，如部署某类切片 nst
‑
video，在部署前计算出所需资源，计算的参考标准根据日常运维监控数据，在进行映射前，提前规划这类切片如nst
‑
video所需资源，并写入配置文件。在进行具体映射时，根据切片切片类型slice type，获取资源层面的需求信息与业务层面的需求信息具体取值。切片配置接收切片映射过程生成资源层面与业务层面的配置文件，即端到端服务数据表(端到端服务数据库)中具体取值，调用资源配置插件与业务配置插件，完成du、cu、5gc网元的生成与配置。业务配置依托网管omc实现故障、配置、计费、性能和安全管理，实现对rru(radioremote unit，射频拉远单元)、du(distributed unit，分布式单元)、cu(centralized unit，集中式单元)、5gc(5g核心网)的配置，资源分配通过cu
‑
mano编排软件与5gc
‑
mano分别实现对cu、5gc的硬件资源管理与调度。
[0118]
1)资源配置插件
[0119]
根据资源层面的需求信息与业务层面的需求信息，依次生成du网元、cu网元和5gc网元，具体的步骤如下表3.10。
[0120]
表3.10网元生成
[0121][0122]
请求包含编排网元所须的资源参数信息模板如下表3.11所示：
[0123]
表3.11网元资源参数信息
[0124][0125][0126]
在生成这些du、cu、5gc网元后，需要配置网元的运行参数，使多个网元之间建立连接，确保正常工作。运行参数示例如下：
[0127][0128]
du ip与cucp ip与cuup ip处于同一网段互相连接，amf ip仅与cucp ip连接。
[0129]
2)业务配置插件
[0130]
切片网元业务控制参数如下表3.12.
[0131]
表3.12切片网元业务控制参数
[0132][0133]
查询切片包含两个部分，分别为状态查询与性能监控。
[0134]
1)状态查询
[0135]
切片状态查询主要是查询nsi数据库表，网络切片实例数据库是一个数据表，用于存储每个编排的网络切片的nsi记录。
[0136]
表3.13描述了网络切片编排完成后，需要获取切片的基本状态。
[0137]
表3.13切片状态读取步骤
[0138]
步骤描述1slm接收带有切片id的读取请求2slm向nsi数据表查询与请求的分片匹配的nsi id3返回结果，在界面显示编排切片的基本信息
[0139]
界面通过接口读取切片需求信息与描述切片的nsi数据表，表包含的信息取值如下表 3.14所示。s
‑
nssai是“single network slice selection assistance information”的简称,其标识一个网络分片。plmn为公共陆地移动网。
[0140]
表3.14切片的基本信息取值
[0141]
数据名称数据类型
切片idsting切片名字stingplmnstrings
‑
nssaisting切片状态enum时延int上行速率float下行速率float资源隔离enum最大用户数float切片提供商sting部署规划text覆盖区域sting
[0142]
2)性能监控
[0143]
性能监控负责监视每个已部署切片的运行状况和状态。采集网络切片的基本信息，如用户数、当前吞吐量和平均速率等，得到切片监控数据库。切片监控数据库详细参数如下表3.15。
[0144]
表3.15切片监控数据库详细参数
[0145]
[0146][0147]
切片监控界面参考图如下图3。
[0148]
upf资源利用率＝upf处理当前数据量所占的cpu使用率/upf能够处理的最大数据量所占的cpu使用率；
[0149]
无线资源利用率＝cu处理当前数据量所占的cpu使用量/cu能够处理的最大数据量所占的cpu使用量。网络切片部署形态主要分为接入网与核心网部分。从接入网看，在一个基站内，不同的小区指向不同的切片，完成切片各自的功能，切片间主要依托cu云化架构，即 cu与du分离，cu运行在x86服务器上，du部分运行在x86服务器上，对于信号实时部分采用fpga加速处理，rru则运行在专用的rru板卡上，cu的控制面cp与用户面up分离，cu 采用资源虚拟化部署方案，具备多du管理能力，即单个cu
‑
cp管理多个du的控制部分，cu
‑
up 一一对应各个切片的业务处理，du的数据处理与cu
‑
up一一对应。
[0150]
核心网采用部分独占、完全共享、完全独占模式共3种形态。
[0151]
1)部分独占模式：通过共享大部分控制网元功能 少量数据网元功能独占专享的方式，平衡隔离性需求和成本要求，核心网控制网络功能(pcf、amf、udm、smf、nssf等)，不同的切片独占upf功能。
[0152]
2)完全共享模式：所有切片通过共享核心网网元功能，适合隔离性低的行业切片。
[0153]
3)完全独占模式：几乎等同建设完整的行业专用核心网，安全隔离性最高、但成本也最高。适合高隔离的切片场景。
[0154]
下面将具体说明硬件测试环境、软件测试环境。
[0155]
如图3所示的测试环境网络示意图，硬件配置环境的详细说明如表4.1所示。
[0156]
表4.1测试环境硬件说明
[0157][0158]
测试环境中使用的软件详细说明如表4.2所示。
[0159]
表4.2测试环境软件说明
[0160][0161][0162]
搭建网络切片测试环境，测试设备已全部上电，以下为测试步骤：
[0163]
步骤1：切换到切片生命周期管理页面，点击右上侧切片编排按钮。在切片设计与切片编排界面，填满编排切片服务的所有参数{切片类型、最大ue接入数、资源共享水平、切片最大上行速率(mbps)、切片最大下行速率(mbps)、ue最大上行速率(mbps)、ue最大下行速率(mbps)、时延(ms)、ue移动速度、切片提供商、切片名称、部署规划、部署区域、预订时间(天)}，点击确定。
[0164]
步骤2：从切片管理界面看到切片编排建立成功，且可以查看该网络切片的基本状态。步骤1：点击编排按钮后，在切片设计界面填入编排切片需要的参数，点击下一步，在切片编排界面填入必要参数，点击确认，开始编排编排切片。
[0165]
步骤2：从界面上可以查看刚刚新建的网络切片的详细信息，并且该切片处于运行状态，系统资源层模块，用于实现射频资源池、基带资源池、协议资源池和管理资源池；
[0166]
射频资源池为由承载5g射频运行的硬件构成的统一资源池；
[0167]
基带资源池为由承载5g物理层模块运行的硬件构成的统一资源池；
[0168]
协议资源池为由承载5g高层协议模块运行的硬件构成的统一资源池；
[0169]
管理资源池为由承载5g网络管理模块运行的硬件构成的统一资源池。
[0170]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。