网络切片管理方法、装置及计算机可读存储介质与流程

1.本发明是有关于通信网路技术领域，尤其涉及一种网络切片管理方法、装置及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.现有网络切片只能根据既定应用场景进行分类，无法根据用户具体需求进行专有订制，网络切片的划分存在较多资源浪费与应用场景契合度问题。
3.网络切片一旦部署或划分后，缺乏后续的监控与动态调优，如果出现网络问题，无法第一时间进行判断分析，对网络状态也缺乏预测性维护，只能使用亡羊补牢的模式进行网络切片调整与维护。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种网络切片管理方法、装置及计算机可读存储介质，可以支持用户自定义应用场景进行网络切片自动配置，并随着业务流量的变化进行切片动态调整。
5.本发明一实施例提供一种网络切片管理方法，所述方法包括：获取用户设置的监控关键性能指标；采集网络切片中所述监控关键性能指标的数值，并呈现所述数值于图形化用户界面；判断是否需对所述网络切片进行优化调整；当判断需对所述网络切片进行优化调整时，获取所述用户设置的目标关键性能指标及其对应的权重值与数值区间；获取用户设置的变量，根据所述变量决定所述网络切片的离散化粒度；以及根据所述目标关键性能指标及其对应的权重值与数值区间、所述变量以及所述离散化粒度，以粒子群算法对所述网络切片进行优化调整。
6.本发明一实施例还提供了一种网络切片管理装置，所述网络切片管理装置包括处理器和存储器，所述存储器用于存储至少一个指令，所述处理器用于执行所述至少一个指令实现所述网络切片管理方法。
7.本发明一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现所述网络切片管理方法
8.相较于现有技术，本发明提供的网络切片管理方法、装置及计算机可读存储介质，可以让用户进行网络切片的可视化管理。
附图说明
9.图1为根据本发明一实施例的网络切片管理系统的架构图。
10.图2为根据本发明一实施例的网络切片管理方法的流程图。
11.图3为根据本发明一实施例的图形化用户界面的示意图。
12.图4为根据本发明一实施例的核心网网络架构的示意图。
13.图5为根据本发明另一实施例的网络切片管理方法的流程图。
14.图6为根据本发明另一实施例的图形化用户界面的示意图。
15.图7为根据本发明一实施例的粒子群算法对网络切片进行优化调整的的流程图。
16.图8为根据本发明一实施例的短时监控关键性能指标预测的流程图。
17.图9为根据本发明一实施例的网络切片管理装置的方块图。
18.主要元件符号说明
[0019][0020]
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0021]
为了便于本发明技术领域的技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施例对本发明进一步的详细描述，应当理解，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。本发明技术领域的技术人员可利用这些实施例或其他实施例所描述的细节及其他可以利用的结构，逻辑和电性变化，在没有离开本发明的精神与范围之下以实施发明。
[0022]
本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各组件的配置是为说明之用，并非用以限制本发明。且实施例中图式标号的部分重复，是为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。其中，图示和说明书中使用的相同的组件编号表示相同或类似的组件。本说明书的图示为简化的形式且并未以精确比例绘制。
[0023]
再者，在说明本发明一些实施例中，说明书以特定步骤顺序说明本发明的方法以及(或)程序。然而，由于方法以及程序并未必然根据所述的特定步骤顺序实施，因此并未受限于所述的特定步骤顺序。本发明技术领域的技术人员可知其他顺序也为可能的实施方式。因此，于说明书所述的特定步骤顺序并未用来限定申请专利范围。再者，本发明针对方法以及(或)程序的申请专利范围并未受限于其撰写的执行步骤顺序，且本发明技术领域的
技术人员可了解调整执行步骤顺序并未跳脱本发明的精神以及范围。
[0024]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/ 或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。
[0025]
请参阅图1，所示为本发明一实施例的网络切片管理系统100的图。在本实施例中，网络切片管理系统100中各网元之间的连接是逻辑性连接，并不能解释为直接的物理性连接。在本实施例中，网络切片管理系统100包括网络管理面及网络用户面。网络管理面用于接收来自多个用户的服务应用相应的场景选择，进行网络资源的配置与管理，其中，服务需求是根据用户与服务提供商之间的服务等级协议而定。网络用户面用于提供多个用户终端设备与多个服务提供商之间的数据传输。在本实施例中，网络管理面还包括网络切片管理平台、接入网网络切片管理功能(network slice management function，nsmf)、承载网nsmf、核心网nsmf及网络性能管理系统(performance management system，pms)。其中，网络切片管理平台用于接收服务需求，并分别发送满足服务需求的接入网网络切片需求、承载网网络切片需求及核心网网络切片需求至接入网nsmf、承载网 nsmf及核心网nsmf。接入网nsm、承载网nsmf及核心网nsmf用于根据网络切片需求进行端到端切片业务编排，并将编排结果下发到接入网、承载网及核心网中的切片管理模块创建相应的网络切片。网络pms用于收集网络切片管理系统100中各网元上传的性能数据，对其进行查询分析，以此掌握各网元的运行状态，向用户提供整个网络运行状态的报告和性能告警的提示。以图1所示为例，网络切片包括网络切片1、2及3，是提供特定网络能力和网络特性的逻辑性网络，用于满足用户的服务需求。网络切片管理平台最后向用户提供网络切片1、2及3，以便用户将网络切片1、2及3用于其数据传输，其中网络切片1、2及3分别包括接入网切片、承载网切片及核心网切片。在本实施例中，如图1所示，在终端设备中由用户执行的多个服务应用的场景1、场景2及场景3可以分别通过网络切片1、2及3连接到服务提供商提供的不同服务1、服务2及服务3。
[0026]
在本实施例中，对网络切片管理系统100中各网元的划分仅为示意，是一种逻辑功能划分，实际实现时可能有另外的划分方式。在本实施例中，网络切片管理平台、接入网nsmf、承载网nsmf、核心网nsmf及网络pms等网元可以部署在同一网络设备上，在不同的实施例中，网络切片管理平台、接入网nsmf、承载网nsmf、核心网nsmf及网络pms等网元也可以部署在不同网络设备上。
[0027]
下面结合附图对本发明提供的网络切片管理方法及装置进行具体说明。
[0028]
请参阅图2，所示为本发明一实施例的网络切片管理方法的流程图，以核心网为例，说明如何在核心网中创建与部署网络切片，该方法中的网络切片管理装置可以是图1中的核心网nsmf，该方法可以包括但不限于以下步骤:
[0029]
步骤s201，接收网络切片请求，其中，该切片请求包括场景以及该场景对应的业务需求。
[0030]
在本实施例中，网络切片管理装置从网络切片管理平台接收网络切片请求。
[0031]
在一种可能实现的方式中，网络切片管理装置还可以包含图1中的网络切片管理
平台，网络切片管理装置还提供图形化用户界面，用于获取来自用户的网络切片请求。以图3所示为例，为网络切片请求设置的图形化用户界面300的示意图，用户可以经由图形化用户界面进行场景的选择与对应的业务需求的勾选，形成核心网切片请求。
[0032]
步骤s202，根据场景与对应的业务需求确定配置的网元与网元的服务。
[0033]
在本实施例中，网络切片管理装置根据请求中的场景及对应的业务需求进行网络功能裁剪，仅部署必要的网元。
[0034]
请参阅图4，所示为核心网网络架构400的示意图，以3gpp标准组织发布的核心网网络架构为基础，网络功能分为控制面和用户面，包括:网络切片选择功能(network slicing selection function，nssf)网元、网络开放功能(networkexposure function，nef)网元、网络仓储功能(network repository function， nrf)网元、策略控制功能(policy control function，pcf)网元、统一数据管理 (unified data management，udm)网元、应用功能(application function，af)网元、认证服务器功能(authentication server function，ausf)网元、接入和移动管理功能(access and mobility management function，amf)网元、会话管理功能(session management function，smf)网元以及用户面功能(user planefunction，upf)网元。
[0035]
其中，amf网元用于提供用户终端设备的注册、连接、访问验证授权、移动性和可达性管理，在终端设备和smf网元之间提供会话管理消息的传输；smf 网元用于管理会话的建立、更新和释放；upf网元用于将终端设备的流量路由到数据网络，直接面向用户提供业务服务。
[0036]
在本实施例中，网络切片管理装置以amf网元、smf网元以及upf网元作为基本网元，其它网元则根据场景进行选择。具体的，场景以终端设备规模及网络性能要求进行区分。当场景为终端设备规模小，且无网络性能要求时，配置amf 网元、smf网元及upf网元；当场景为终端设备规模大，且无网络性能要求时， amf网元、smf网元及upf网元外，增加nrf网元，其中，nrf网元用于服务发现；当场景具网络性能要求，例如对高速、低延迟有要求时，amf网元、smf 网元及upf网元外，增加nrf网元及nssf网元，其中，nssf网元用于。在一实施例中，可以使用终端设备数量阈值作为终端设备规模大小的判断标准:当需求场景的终端设备数量少于5000，则场景属于终端设备规模小；当需求场景的终端设备数量多于或等于5000，则场景属于终端设备规模大。
[0037]
在本实施例中，网络切片管理装置还根据场景对应的业务需求，配置网元的服务。具体的，每一个网元皆包括多个服务，其中，多个服务包含必要服务及可选服务，必要服务预设为启用，可选服务预设为停止，根据业务需求确定可选服务是否启用。例如，根据终端设备是否有移动性需求，决定是否启用amf网元的移动管理服务；以及，根据终端设备是否需要独立开户，决定是否启用amf网元的注册管理服务及smf网元的话单管理服务等。在一实施例中，amf网元的可选服务包括注册管理服务及移动管理服务；smf网元的可选服务至少包括策略控制服务、服务质量区分服务及计费策略服务；upf网元的可选服务包括数据转发服务、数据优化服务及业务感知服务。
[0038]
步骤s203，根据配置的网元，生成网元拓朴。
[0039]
网络切片管理装置，根据已确定配置的网元，生成网元拓朴并显示于图形化用户界面。
[0040]
步骤s204，根据一组网元调整指令，对该网元拓朴中的网元进行调整，形成网络切片拓朴。
[0041]
在一实施例中，网络切片管理装置经由图形化用户界面，提供用户对网元拓朴中的网元进行调整，包括使用拖拉拽的方式新增、删除或连接网元。
[0042]
步骤s205，根据网络切片拓朴及部署策略进行网络切片部署。
[0043]
在一实施例中，部署策略包括根据网络切片拓朴中网元的特性决定部署的地理位置。地理位置根据距离终端设备的远近可分为中心云、边缘云以及近终端设备处，在一实施例中，将用户面相关网元(如upf网元)部署在靠近终端设备端、 udm网元与pcf网元等涉及大数据量存储的网元部署在边缘云中高性能大容量的存储设备、控制面其它网元则部署在中心云的服务器。
[0044]
请参阅图5，所示为本发明另一实施例的网络切片管理方法的流程图，以核心网为例，说明如何在核心网中动态优化网络切片，该方法中的网络切片管理装置可以是图1中的核心网nsmf，该方法可以包括但不限于以下步骤:
[0045]
步骤s501，获取用户设置的监控关键性能指标(key performance indicators， kpis)。
[0046]
在一实施例中，监控关键性能指标包括:用户数、峰值数据速率、带宽、端到端时延、上行吞吐量及下行吞吐量等。网络切片管理装置经由图形化用户界面呈现关键性能列表，供用户选择要进行监控的监控关键性能指标。
[0047]
步骤s502，根据监控关键性能指标，采集网络切片的监控关键性能指标数值并呈现监控关键性能指标数值于图形化用户界面。
[0048]
在一实施例中，网络切片管理装置可以经由图1中的网络pms采集网络切片中的性能数据，并根据自定义的指标算法将相关性能数据转换成监控关键性能指标值。在不同的实施例中，网络切片管理装置也可以包含图1中的网络pms。网络切片管理装置还经由图形化用户界面，将监控关键性能指标数值进行可视化的呈现。
[0049]
步骤s503，判断是否对网络切片进行优化调整。
[0050]
在一实施例中，网络切片管理装置可经由图形化用户界面，获取用户是否满意监控关键性能指标数值的二择一选择。当接收到用户不满意监控关键性能指标数值的输入时，判断需对网络切片进行优化调整，执行步骤s504；当接收到用户满意监控关键性能指标数值的输入时，判断不需对网络切片进行优化调整，执行步骤s507。
[0051]
步骤s504，获取用户设置的目标关键性能指标及其对应的权重值与数值区间。
[0052]
在一实施例中，网络切片管理装置可经由图形化用户界面(例如图6所示)呈现监控关键性能指标，获取用户从监控关键性能指标中所设置欲优化的目标关键性能指标及其对应的权重值与数值区间，其中，数值区间包含上限数值及下限数值形成的数值区间。
[0053]
在一实施例中，考虑某些监控关键性能指标的数值极大，例如上行吞吐量与下行吞吐量，且某些监控关键性能指标的数值以真(true:1)假(false:0)表示，因此，网络切片管理装置可先将每一个监控关键性能指标的数值区间采用归一化方式缩放至[0,1]之间。例如图6中，所示为目标关键性能指标设置的图形化用户界面600 的示意图。在图6中，用户所设置欲优化的第一个目标关键性能指标为kpi1、第二个目标关键性能指标为kpi2，其中，kpi1对应的权重设置为1及对应的数值区间设置为0.9到1，kpi2对应的权重设置为5及对应
的数值区间设置为0.85到1。
[0054]
步骤s505，获取用户设置的变量，根据变量决定网络切片离散化粒度，其中，变量包括网元的数量、物理网络设备的计算资源、物理网络设备的存储资源及物理网络设备的通信资源等。
[0055]
在一实施例中，网络切片管理装置经由图形化用户界面呈现用户可调整的变量列表供用户进行选择设置。例如，当网络切片初始部署后，仅amf网元数量及 upf网元数量可进行调整，此时，网络切片管理装置可经由图形化用户界面提供包含amf网元数量、upf网元数量、计算资源、存储资源及通信资源的变量列表供用户进行选择设置。
[0056]
在一实施例中，网络切片管理装置还可以提供包含各变量的子变量列表供用户进行选择设置。例如，物理网络设备的通信资源的子变量包括频段、设备数量、端口数量及带宽等。
[0057]
步骤s506，根据目标关键性能指标及其对应的权重值、数值区间、变量及网络切片离散化粒度，以粒子群算法对网络切片进行优化调整。
[0058]
步骤s507，实时采集分析网络切片的监控关键性能指标数值，进行分析与告警。
[0059]
在一实施例中，步骤s506中以粒子群算法对网络切片进行优化调整的具体步骤如图7所示，包括但不限于以下步骤:
[0060]
步骤s701，根据目标关键性能指标及其对应的权重值、数值区间设定目标函数。
[0061]
在一实施例中，网络切片管理装置根据目标关键性能指标及其对应的权重值、数值区间设定目标函数，其中，目标函数包括最大化目标关键性能指标数值。例如，目标函数p可采用以下式子进行设定:
[0062]
其中，kpiz表示第z个目标关键性能指标根据设置的变量所得到的数值，kz为第z个目标关键性能指标对应的权重值。
[0063]
步骤s702，根据网络切片离散化粒度，对变量设置变动单位。
[0064]
在一实施例中，网络切片管理装置根据网络切片离散化粒度，对变量设置变动单位，包括将计算资源、存储资源及通信资源分别划分为计算资源片、存储资源片及通信资源片，每次动态优化时，以资源片为最小变动单位。
[0065]
步骤s703，根据变量初始化粒子群，并设置个各个粒子的初始速度及初始位置。
[0066]
在一实施例中，粒子群中每一个粒子代表一个网络切片的网元拓朴及资源分配。
[0067]
具体的，粒子群中每一个粒子代表一个网元拓朴及其资源分配。在一实施例中，粒子数量设置为网元总数量的预设倍数。每一个粒子的初始速度为随机速度，初始位置为场景预设的初始位置，每一个变量具有一个正向速度及一个负向速度。
[0068]
步骤s704，每一次迭代将各个粒子代入目标函数计算各个粒子的目标函数适应值，获取个体最优解与全局最优解，根据个体最优解与全局最优解对各个粒子进行速度更新。
[0069]
在一实施例中，各个粒子根据速度方向进行变异运算以更新速度。
[0070]
在一实施例中，网络切片管理装置还根据淘汰规则淘汰一部份的粒子数，并更新个体最优解和全局最优解。其中，所述淘汰规则包括将目标函数适应值计算过程中，取得的目标关键性能指标数值落于用户设定的数值区间外的粒子予以淘汰。
[0071]
在一实施例中，网络切片管理装置将每一次迭代的各个粒子对应的网络切片部署到虚拟机中，根据场景与对应的业务需求，设置终端设备的数量与上下行流量负荷，进行仿真取得目标关键性能指标数值，计算目标函数适应值。
[0072]
在一实施例中，当最优目标函数适应值对应多个粒子，则选择变量数值较小者为最优粒子，避免网络切片资源的浪费。
[0073]
步骤s705，当第n 1次迭代获取的全局最优解不优于第n次迭代获取的全局最优解或者迭代次数达到预设迭代上限时(其中，n为正整数)，终止粒子群算法。以第n次迭代或达到预设迭代上限的该次迭代作为最后一次迭代，根据最后一次迭代获取的全局最优解对应的粒子的网元拓朴及资源分配，进行网络切片优化调整。
[0074]
在一实施例中，当最优目标函数适应值对应多个粒子，则选择变量数值较小者为最优粒子，避免网络切片资源的浪费。
[0075]
在一实施例中，步骤s507中监控关键性能指标数值分析与告警还包括短时监控关键性能指标预测。具体的短时监控关键性能指标预测步骤如图8所示，包括但不限于以下步骤:
[0076]
步骤s801，获取多个预测目标，其中，多个预测目标包括移动性指标、可保持性指标、服务完整性指标、接入性指标、可用性指标以及覆盖性指标。
[0077]
在一实施例中，网络切片管理装置可以经由图形化用户界面呈现监控关键性能指标列表供用户进行选择预测目标，用户可选择一定数量的监控关键性能指标，网络切片管理装置根据用户选择的监控关键性能指标，将每一个监控关键性能指标作为一个预测目标。
[0078]
在一实施例中，网络切片管理装置可设置用户可选择的监控关键性能指标的上限数量，并为每一个预测目标设置对应的上限阈值及下限阈值。
[0079]
步骤s802，对该些预测目标进行统计获得统计数据，形成预测训练集。
[0080]
具体的，网络切片管理装置可以设置统计周期，例如，以十分钟作为统计周期，计算分段历史统计值，获得统计数据。时序算法取预设时间段的统计数据最为预测训练集，例如，取最近两周统计数据。使用其它算法时，为避免建模训练消耗过多计算资源，也避免受冷数据干扰影响，可取较短时间段的统计数据作为预测训练集，例如，取最近12小时统计数据。
[0081]
步骤s803，以预测训练集作为模型特征，建构多个短时预测模型，其中，多个短时预测模型包括多个线性模型及多个非线性模型，预测时间点为未来一小时。
[0082]
在一实施例中，多个线性模型包括自回归模型、自回归滑动平均模型以及求和自回归滑动平均模型。
[0083]
在一实施例中，多个非线性模型包括径向基函数神经网络、反向传播神经网络以及梯度提升模型。
[0084]
步骤s804，获取多个短时预测模型对多个预测目标的预测值，进行融合评分得到多个预测目标的融合评分预测值。
[0085]
在本实施例中，因为网络切片的监控关键性能指标数值的时变性强，且场景多变，单一算法构建的模型难以适配所有场景，且无法保证下一时刻的预测值误差较小，因此，需采用融合评分算法对多个短时预测模型进行处理。具体的融合评分算法包括:去除多个预
测目标的预测值中的最大预测值与最小预测值，以求和平均的方式计算得到多个预测目标的融合评分预测值。最后将多个预测目标的预测值以及融合评分预测值存储至数据库。在一实施例中，多个短时预测模型还包括权重积分，融和评分算法在去除最大预测值与最小预测值的过程中，不去除权重积分最高的短时预测模型的预测值。
[0086]
步骤s805，根据多个预测目标的融合评分预测值，判断是否有任何预测目标发生异常，当判断有任何预测目标发生异常时，发出告警通知。
[0087]
在一实施例中，网络切片管理装置根据多个预测目标的融合评分预测值，判断是否有任一预测目标的融合评分预测值大于上限阈值，或是有任一预测目标的融合评分预测值小于下限阈值，当判断有任一预测目标的融合评分预测值大于上限阈值，或是有任一预测目标的融合评分预测值小于下限阈值，则实时发出告警通知，让用户可以提早对网络切片进行优化调整。
[0088]
在一实施例中，当真实时间点到达预测时间点，网络切片管理装置获取多个预测目标的真实数值，将真实数值与多个短时预测模型的预测值进行对比，根据真实数值与多个短时预测模型的预测值的误差值进行多个短时预测模型的准确度排名，根据准确度排名为多个短时预测模型设置权重积分，并以增量方式存入数据库。例如，6个短时预测模型依照准确度排名先后可依序设置权重积分9、7、4、 3、2及1。随着时间积累，预测最准确的短时预测模型的权重将越高，预测结果将越向其倾向。在一实施例中，网络切片管理装置定时删除数据库中一天前的权重数据表，避免冷数据权重影响当前的预测。
[0089]
请参阅图9，所示为本发明一实施例的网络切片管理装置900的方块图。
[0090]
所述网络切片管理装置900包括至少一个处理器902、存储器904及通信单元906。本领域技术人员应该了解，图9示出的网络切片管理装置900的组成并不构成本技术实施例的限定。所述网络切片管理装置900还可以包括比图示更多或更少的其他硬件或者软件，或者不同的组件布置。
[0091]
在一实施例中，所述至少一个处理器902可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(central processing unit，cpu)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述至少一个处理器902是所述网络切片管理装置900的控制核心(control unit)，利用各种接口和线路连接网络切片管理装置900的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器904内的程序或者模块，以及调用存储在所述存储器904内的数据，以执行所述网络切片管理装置900的各种功能和处理数据，例如执行网络切片管理功能。处理器902还用于与其它组件进行交互。
[0092]
所述存储器904用于存储程序代码和各种数据，并在网络切片管理装置900 的运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。所述存储器904包括只读存储器(read-only memory，rom)、可编程只读存储器(programmableread-only memory，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable programmableread-only memory，eprom)、一次可编程只读存储器(one-time programmableread-only memory，otprom)、电子擦除式可复写只读存储器 (electrically-erasable programmable read-only memory，eeprom)、只读光盘(compact disc read-only memory，cd-rom)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他存储介质。
[0093]
所述存储器904存储有程序代码，且所述至少一个处理器902可调用所述存储器904中存储的程序代码以执行相关的功能。例如，图2、图5、图7及图8 的方法流程的程序代码，由所述至少一个处理器902所执行，从而实现所述各个模块的功能以达到网络切片管理的目的。
[0094]
所述通信单元906用于网络切片管理装置900和其它设备之间以有线或无线无线方式进行通信。
[0095]
总结来说，本发明的网络切片管理方法、装置及计算机可读存储介质可以根据用户的实际场景与业务需求客制化网络切片，并根据用户回馈实时优化调整。
[0096]
最后应说明的是，以上实施例仅用于说明而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。