边缘计算那些事儿-漫谈网络切片关键技术

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0、背景

        网络切片作为一种比较前沿的技术,当前并没有太多系统的资料可以学习,很多的技术资料都是比较分散地分布在论文和一些技术博客中,笔者当前是通过论文的解读获取相关的技术信息,在过程中笔者总结了相关的技术栈,本文就是针对该技术栈的一次探讨,抛砖引玉,为读者入门网络切片提供一些帮助。

1、网络切片技术栈

        想要系统化地了解一门技术,首先要了解为何要使用这种技术。网络切片的前身是通信网络中已经被广泛使用的QOS技术,这是一种衡量用户对网络服务质量满意度的指标。但是QOS技术是建立在传统的垂直网络中的,并不能为用户提供更加灵活、端到端的服务体验。随着用户对网络体验的关注度越来越高,一种更大范围的QOS技术被提出,这种技术是建立在当下网络重构的热潮SDN和虚拟化技术NFV基础之上的,它可以为用户提供定制化的网络服务,保证用户服务的连续性。如下图所示,是基于5G的网络切片技术栈,图中将网络切片的技术划分为虚拟化技术、移动管理技术、SDN、5G通信技术和各种算法。分别用来实现这样网络资源的共享和网络资源的隔离,共享是从硬件资源来说的,隔离则是一种逻辑上的分离。

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2、基于虚拟化的网络切片技术

        要实现网络切片技术,需要有哪些基本的技术能力呢?首先网络切片是针对网络资源所做的划分,因此狭义的视角看,网络切片就是网络的虚拟化,传统的网络虚拟化主要是在网卡和网络设备粒度上的虚拟化,网络切片则更进一步,是在链路资源上的虚拟化,包括通道,端口,频谱资源,带宽等更细的粒度。因此虚拟化技术是网络切片的一项基本技术,有了虚拟化技术,就可以实现网络资源的隔离,实现不同的用户独享网络资源,这似乎就已经足够了,但是现代的网络通信还需要网络具备更强的可扩展性,更便捷的部署,甚至具备可编程能力。

        网络资源虚拟化被映射到一个个的服务后,如何实现对其灵活的部署,控制和管理,就需要一种新型的网络架构,如果采用传统的网络架构,部署一项新的服务,需要将链路上的每一个通信设备进行逐个升级,当服务无法满足用户需求时,资源的二次分配十分困难。在网络资源的利用上,传统的网络架构是基于分布式的,无法从全局视角对端到端的网络资源进行统一规划,因此需要一个全局视角的网络控制器,对网络进行切片,这就是SDN控制器要做的事情。

3、基于SDN的网络切片技术

        SDN控制器狭义的视角看,就是转发控制分离,传统的报文转发需要在网络设备上先进行学习,建立转发表,然后报文才能被转发,采用逐跳的方式。SDN则提供了一种集中学习转发表的方式,也就是说报文在设备上转发前,会从SDN控制器得到转发的表项,不需要设备自己学习。来到我们的网络切片功能,如果引入SDN技术,那就可以在SDN控制器上,将切片涉及的网元提前规划好,切片报文在每个网元上的转发表也可以预先配置生成,然后下发到网元上,当属于该切片的报文到达网元时,就可以被转发出去。如果切片中的设备都是支持SDN的,当切片的需求发生变化的时候,只需要在控制器上做更改,不需要逐一去配置每台设备,SDN可以实现网络切片配置的统一规划。还有一种场景,当SDN是完全可编程的,如果切片中的某个协议或者通道需要进行升级或者支持新的协议,因为SDN的数据面被设计成协议无关,所以可以在控制面实现协议的编程,无须逐一升级每台设备,SDN可以实现网络切片的无中断升级。

        由于SDN控制器可以实现网络切片资源的统一规划和调度,所以它可以很方便地解决服务迁移的问题,如下图所示是终端在两个基站间移动时,切片中的RB资源被重新分配的过程。当不采用SDN控制器时,如图中右侧所示,终端在A基站获得了切片1,当终端退出A基站的区域,进入B基站的区域时,B基站并不知道终端需要多少RB资源,因此终端需要重新走一遍申请切片的流程。如果使用了SDN控制器,因为SDN控制器具备全局视角,所有基站的RB资源被统一管理和分配,所以当终端从基站A移动到基站B之前,就可以知道需要有多少RB资源分配给终端,切片1可以在基站B上被提前分配好,不需要终端重新发起申请。

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4、5G网络通信下的网络切片

        我们知道网络切片概念的提出就是随着5G通信技术的发展,5G提出的大容量,多链接和低时延,本质上就像是三个大的网络切片,在一个5G的基站上同时支持三种不同的服务。如下图所示,是在一个5G基站上部署EMBB和URLLC的过程,在同一个基站上,EMBB需要支持更多的数据发送,所以切片资源上选择长包发送数据,URLLC需要支持低延迟,所以需要数据包更加短小,而且能被快速发送。这两种不同的服务就可以选择不同的切片方式。除了报文长度外,在网络切片中还可以包含其他更丰富的资源,比如说无线频谱资源RB,协议栈各层的通道等,都可以划分成不同的切片供使用。

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5、网络切片相关算法

        最后来到切片资源的管理和分配的算法实现。在技术栈中我们给出了三类算法,用户行为感知算法,这类算法的功能是动态识别用户的切片需求,主要是根据用户的报文特征,识别用户当前感兴趣的数据源,然后提供相应的切片保障;第二类算法是资源监控和重分配算法,这类算法主要是根据系统当前的资源情况,动态保障所有切片的资源供给,让用户得到的切片资源被稳定提供;前两类算法主要在切片编排器中被使用。接下来第三类算法是资源分配和调度算法,这类算法主要在切片控制器被使用,对无线资源进行分配和控制。如下图所示是网络切片编排器和切片控制器中常用的一些算法,这些算法可以实现系统资源和预测和识别,RB资源的划分,感兴趣的读者可以自行研究。

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6、小结

        本文简单的论述了网络切片的一些关键的技术,这些技术有些是耳熟能详的,如sdn和虚拟化技术、5G通信技术等,如果将它们跟网络切片联系起来就会得到意想不到的效果,希望对读者有所启发。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-539127.html

到了这里,关于边缘计算那些事儿-漫谈网络切片关键技术的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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