网络切片资源映射与编排方法研究*

陆俊杰

广西民族大学相思湖学院 广西 南宁 530225

引言

近年来，智能化和信息化的快速发展，使得互联网深刻改变了人们的日常生活，围绕日益激增网络需求的相关手机，电脑﹑平板等设备应用需求也在持续扩大[1]。为了适应当代信息化发展和经济社会转型的客观需求，5G概念已经被正式提出并形成了规模化的应用，能够满足爆炸式增长的流量需求以及个性化业务拓展的网络容量﹑时延和速率升级[2]。与5G网络发展相对应的是，网络切片资源映射和编排方法技术要求也在持续提升，在深刻分析网络切片资源映射与编排方法优化必要性基础上探索其优化路径，是信息网络通信发展的重要方向之一。

1 网络切片的概念介绍

具体分析相关概念，网络切片是5G网络应用中的重要概念。其大致含义是在5G物理网络基础上构建可以独立运行的虚拟网络，具有切片之间相互隔离﹑端到端网络连接﹑灵活独立部署与共联共享﹑提供区块化资源集成与专用服务以及对应终端支持和系统化满足客户需求等特征[3]。

1.1 5G技术及网络基础设施设备

5G技术及网络基础设施设备的构建极大程度地提升了信息数据传输的速率，降低了延迟问题并提升了通信系统整体的存储能力，不仅实现在费用可控情况下的通讯性能优化，还能够支持大量大规模设备实时连接，因此能够有效解决4G网络通信存在的各项困难，实现互联网技术的重大突破以及对全世界的重要影响。

1.2 网络切片

网络切片技术与5G通信技术紧密关联，是一类新型的网络技术。其基于SDN技术实现数据解耦[4]，作为一类虚拟网络技术，不完全依赖于实体物理网络，更侧重于对于集中网络资源的统筹以及分业务板块特征与需求的信息调配，能够激发5G通讯在点对点服务﹑个性化部署和独立板块运作等方面的通讯优势，并有效提升网络技术与通信设备相匹配﹑适应外部特征业务场景需求等性能。

具体细分网络切片的类型，当前行业内一般按照不同的划分标准对其进行定位。从应用场景视角出发，业界一般将网络切片细分为电网切片﹑自动驾驶切片﹑高清视频切片等与具体业务形态一一耦合的切片类型。从网络范围和运作模式视角出发，一般将其细分为接入网切片﹑传送网切片和核心网切片等，能够对应覆盖相应的工作流程与不同的网络范围。上述分类体现出了细分类型切片对于不同网络范围的高度关注。

从应用层面来看，网络切片可以被抽象的认为是基于特定业务需求而形成逻辑关联的虚拟网络体系，其构成与运作具有相对独立性和较灵活的共享接入性，在日常运用过程中网络切片以其特有的计费﹑独立运维和管理功能，对应服务业态的生命周期，实现创建﹑运行和消亡[5]。

1.3 网络切片编排

网络切片编排是优化网络切片组织形态并提升生存中期的重要举措。一般认为网络切片的生存周期及其质量有密切联系，高质量的网络切片服务有赖于合理高效的切片编排，从提升资源使用效率和互联互通效率等角度出发，将网络切片置于全局视角展开系统编排以及动态优化，有助于运用5G服务为客户提供需求定制﹑资源支撑的高质量服务。

2 优化网络切片资源映射与编排方法的现实意义

2.1 网络切片的优化意义

从网络切片结合5G网络应用的现实层面来看，网络切片技术的存在与发展使得5G通信网络内每个子网内能够基于用户需求运营商资源调配业务形态和终端连接等特征，构建起能够符合独立运作要求以及灵活连接设计的网络服务。网络切片所对应的虚拟服务能够在一个进硬件基础设施中切分出多个虚拟且端到端的子网络，进而通过终端连入﹑无线接入﹑传输存在网联通以及核心网统筹等方式实现逻辑隔离，使CT系统IT化并以网络Sdn/Nfv为前提实现虚拟化管理和维护把网络资源进行虚拟匹配﹑映射，生成不同的逻辑功能，再通过编排器提供相应的服务以满足各个应用场景对网络能力的需求，使每个网络切片的网络带宽﹑服务质量﹑安全性等专属资源都得到保证，以此为智慧城市运营﹑无人驾驶﹑高清视频传输与共享﹑实时通信﹑日常网络通信等提供类型丰富且稳定高效的服务。持续研究网络切片技术并优化其编排方法具有重要意义。

但是，当前5G网络的运维应用也呈现出了网络切片编排层面的一些问题。

其一是优化目标相对单一，近年来在具体应用场景与5G网络技术融合层面，不论是学界和业界都将研究重点放在了核心网络的NFVI部署上，上述研究虽然能够深化网络切片底层技术科研成果，但是具有较高的投入且成果不确定性较高等问题。在技术升级和编排方法优化层面过度关注单一目标会影响5G网络整体推广和升级应用的效率，也不利于与时代需求变化相耦合的网络切片资源映射与编排方法效率升级。因此，从现实意义层面来看，在深化技术研发同时发散思维视角﹑增强网络切片技术研究全面性﹑优化多维目标并合理分配相关的资源精力，是未来网络切片资源映射与编排方法优化的重要方向。

其次，当前网络切片资源映射与编排方法的应用场景与5G互联﹑人工智能发展﹑智慧产业运维等高度关联，大量新兴产业的爆发式需求使得人们在应用场景层面更为关注降低切片网络延迟这一功能，但是单纯追求极限高速度的网络传输以及高精度的数据还原，并不完全适应当前市场广阔的差异化需求。除了智慧服务以外，日常通讯为主的大量互联业务对于精度和速度敏感性相对较弱，而对综合数据有效性﹑通讯实时性﹑网络可获得性﹑成本可控性等为特征的系统服务需求更为明确。优化网络切片资源映射正在朝着独立板块优化与细分业务差异化服务方案设计等方面发展，设计并优化差异化网络切片资源映射具有较强的现实意义。

2.2 基于网络切片的资源映射的应用意义

在5G技术推广应用背景下，网络切片技术能够结合SDN云技术等网络虚拟化技术，将网络资源映射到不同的模块化切片之中，依据底层物理网络可用资源和网络切片的需求资源，以具体的算法和执行策略连接底层物理网络与网络切片需求，实现个性化﹑定制化﹑差异化和跨场景融合服务的多元业务需求，优化资源映射与编排方法，借助资源管理模型通过资源管理层接收需求层的网络切片请求使得网络切片上的节点独立运营，并通过算法和策略支撑实现系统功能的集成。深化当前网络切片资源映射与编排方法研究，不仅有助于满足5G环境下日益激增的通讯现实需求，更能以逻辑优化和技术支撑的有效范式为5G技术进一步深化发展和高质量通讯服务设计应用提供良好的资源支撑。

3 网络切片资源映射与编排方法的策略设计

从优化策略设计层面来看，网络切片技术及其编排方案的优化需要结合具体的业务应用实际和信息传输需求并完善相关的基础设施与网络性能配置，确定其VNF的计算资源需求以及虚拟链路的宽窄资源需求，在NFV中找到一种能够切片在某些指标上达到最优的VNF和需求拟链路的映射位置，最终实现方案化应用。但是，考虑到当前5G网络应用主要集中在国内以及相关应用场景的基础方案还不够完全成熟等因素，5G网络切片资源映射与编排方案的技术研究与升级仍有赖于相关实践需求扩张与服务范围扩大，亟须聚焦未来智慧城市﹑无人驾驶﹑人工智能和智慧产业园等发展热点提前完善相关的技术设计与资源布局。

具体而言，网络切片资源映射与编排方案的设计仍聚焦模型选择﹑目标优化和方案优化等层面。

首先，网络切片资源映射与编排方案模型的选择需要首先判断资源映射域内的拓扑信息和全部已知的资源信息。如果涉及多个物理域且相关之间信息并不完全透明，复杂的业务方案会要求网络切片设置多个资源节点与位置约束，以此满足跨域的资源调配与映射连接，与之相对应的算法也不能仅使用单域映射算法，而是需要调配多个域联合协作的算法，实现资源映射贯通的完整信息传输。而如果综合判断资源信息证明域内资源已经能够满足业务模块需求，则可以从最低映射代价和最优成本平衡的视角出发，设置简单的域内资源节点与少数位置约束，好应用单域映射算法。

其次，网络切片资源映射与编排方案模型的选择也需要考虑切片的生命周期。从生命周期视角来看，如果所有切片都能位于生命周期之内，则资源映射的位置通常不会发生根本性变化，方案设计者和切片资源调配的相关方可以根据具体应用场景业务的所需性能设计资源调配节点并优化编排方案目标，通过动态资源需求监测﹑VNF映射位置调整和实例化经验反馈等方式，结合不同业务实际需求和资源调配使用效果，对相关的网络切片板块﹑资源映射﹑计算算法以及调配模式等加以调整，也可以对基础信息资源做相应的扩充或缩并处理，以提升业务服务效率为目标优化各板块资源集成与信息互联的效率[6]。此外，网络切片资源映射和编排方法设计优化需要兼顾经济性﹑高效性和现代化的目标，为进一步降低映射代价并控制经济成本，在相关编排方法设计时需要重点关注域内资源节点控制与位置约束控制，尽量简化算法模式并保障网络切片资源的板块独立性。

最后，网络切片资源映射与编排方案模型的选择需要设计开放的需求收集与转化渠道。根据用户需求反馈，设计人员需要在网络切片排版功能注册包含所需网络功能和完成该功能所需资源信息相关的NST，此后对NST设计具体的实施方案并将方案传输给网络切片编排功能模块，并结合生命周期平衡考虑对NSI进行监督﹑扩容﹑缩并等调整，持续优化模型设计与应用。

4 结束语

总结来看，信息化时代的发展和5G技术优化使得网络切片资源映射与编排方法研究需求持续扩大，为满足更高速率传输﹑更高精度通讯和更多场景应用的服务需求，网络切片资源映射与编排技术也急需优化提升。本文从5G技术及基础网络设施﹑网络切片﹑网络切片编排等概念出发，分析了优化网络切片资源映射与编排方法的现实意义并简述相关策略设计，以期从提升资源使用效率﹑控制经济成本并推动高精度网络通信发展等视角出发，为网络切片资源映射与编排方法应用优化提供参考。