CN108566289A - 基于5g移动通信网络切片架构设计管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于5G移动通信网络切片生成与管理方法，属于无线通信技术领域。本发明包括移动网络切片架构、网络切片管理架构、网络切片生命周期管理、切片蓝图、切片生成流程图、切片生成过程、切片更新过程、切片撤销过程。本发明通过架构的方案设计来细化网络切片的具体流程，满足各种服务的需求。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及基于5G移动通信网络切片架构设计管理方法。
背景技术
从应用程序和架构角度来看，5G网络需要设计新的架构来满足各种服务的需求。5G的关键驱动因素包括：一是支持高密度的物联网设备和服务；二是支持非常高的吞吐量，在平均条件下达到50Mb/s，在理想条件下达到1-10Gb/s；三是支持由同时具有低延迟和高可靠性要求的应用组成的新服务类别。5G运营商寻求的一个显着差异化因素是向以服务为中心的基础架构转型，这也能够在运营商和供应商之间形成新的业务模式。这些因素促使构建一个新的网络体系结构的需要。为了满足这种需求，5G网络系统将传统的基础实施资源进行虚拟化，使未来的无线移动运营商将网络作为一种服务来为切片用户提供。这种方式可以按照客户需求进行资源分配和再分配，虚拟运营商能根据不断变化的用户需求进行调整，并快速部署新的网络来满足端到端的服务的需求。
现有的网络切片架构的设计基本还处在概念上，没有一个详细的完整的网络切片系统架构。基于不同的商业模式，网络切片的粒度大小不一。第一种是接入域、IP承载域、数据中心各自域内组成独立的切片，通过切片的连接和共享支持某个完整的场景或商业模式；第二种切片可以横跨接入域、IP承载域、数据中心，创建一个端到端的切片，对切片的协同要求很高。有了架构以后还需要管理，不但需要负责网络切片的生命周期管理(创建、激活、撤销、释放、扩容、缩容)，还需要提供相应的计费、安全、QoS保障侧策略。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于5G移动通信网络切片架构设计管理方法，包括移动网络切片架构、网络切片管理架构、网络切片生命周期管理、切片蓝图、切片生成流程图、切片生成过程、切片更新过程、切片撤销过程。通过一些架构的方案的设计来细化网络切片的具体流程。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于5G移动通信网络切片架构设计管理方法，包括以下步骤：
设计一种网络切片架构，在接入域、IP承载域、数据中心各自域内组成独立的切片，通过切片的连接和共享支持每个完整的场景或商业模式；通过切片蓝图完成网络切片的生命周期管理，包括创建、激活、撤销、释放、扩容和缩容；
所述网络切片架构是基于现有的网络结构模型设计的，整个网络切片架构分为三部分：第一部分是空口资源上的切片，第二部分是接入网上面的切片，第三部分是核心网上的切片；
设计网络切片管理架构对切切片进行管理；所述网络切片的管理架构划分为业务/产品的管理、网络切片管理、接入网/核心网的管理以及传输路由的管理，其中对路径的管理也作为网络资源的切分；网络切片用于对外提供服务，将网络切片和其提供的服务解耦为网络切片层和服务层，并各自进行管理和协同；网络切片管理通过蓝图的方式对外提供能力，并在其基础上实现切片的生命周期管理；根据服务管理提供的蓝图和输入参数，按照蓝图中的定义和工作步骤来实例化网络切片，使其提供特定的网络特性，包括提供极低的时延、极高的可靠性和极大的带宽，以满足不同行业客户对网络的要求。
进一步，所述蓝图包括三个部分，分别为空口、接入网和核心网；空口指分配给用户的接入信道和控制信道、公共接入信道、切片用户专属的接入信道、公共控制信道、切片用户专属的控制信道、上下行的多址技术、采用的帧结构、多天线方案和双工模式；接入网部分参数指无线架构协议、带宽、传输延迟、丢包率、吞吐量、频谱效率、traffic type和traffic load；核心网部分参数指用户接入的虚拟化的功能模块，每个功能模块都分为用户层面和控制层面。
进一步，所述切片的生成流程为：
S101：运营商或者租赁第三方发起业务请求；
S102：切片管理器对业务进行一个映射，生成相关参数包括网络拓扑、功能组件、交互协议、性能指标和硬件要求；
S103：切片管理器对上述映射的参数生成切片蓝图，蓝图用于生成网络切片实例，一个切片蓝图能生成多个网络切片，也能作为网络切片的模板切片，蓝图中参数包括空口、接入网和核心网的指标；
S104：生成的切片蓝图和已有的蓝图对比，若有符合条件的，则跳入步骤S10，生成切片或者分配到已有切片中，若没有符合条件的，则进入步骤S5；
S105：选择组件化网络功能，在模块化的网络功能中进行选择；
S106：根据模块化网络功能进行节点的部署；
S107：根据部署的逻辑节点形成逻辑拓扑；
S108：定义端到端的协议；
S109：对逻辑拓扑中的逻辑连接分配网络资源；
S110：切片生成。
进一步，所述切片的生命周期管理具体为：
在第一阶段，根据切片所提供的业务需求来设计切片，包括网络切片应包含的网元、网络的拓扑结构以及网络切片的工作流程；切片设计的输出为网络切片蓝图，该蓝图用于生成网络切片实例，一个网络切片蓝图能生成多个网络切片；也能把已有网络切片蓝图作为模板，对其改动生成新的蓝图，以建立不同的网络切片；该阶段还包括对网络切片内网络功能的配置以及业务的激活；
第二阶段为网络切片运行阶段；在该阶段，通过软件方式监控网络运行状态，以掌握网络运行状况并及时发现所出现的变化，同时根据运营商策略采取相应的措施以保持网络正常运行，所述措施包括网络切片的扩容、缩容和升级；
第三阶段为切片删除阶段，出于运营或业务的考虑，切片需要退出运营，需要被删除；在该阶段需要考虑原有用户的处理、是否需要将用户迁移到其他切片，并在切片删除后释放所有资源。
进一步，所述切片的生命周期管理的创建过程包括以下步骤：
S201：运营商向切片管理器发起接入请求，通过接入公共接入信道完成时域和频域上的同步；
S202：切片管理器向接入网切片管理器和核心网切片管理发起初始化请求；
S203：接入网的切片管理器将映射的参数发送给网络切片管理器，由网络切片管理器来做最后的判决；
S204：核心网网络功能模块像核心网切片管理器发起切片请求；
S205：切片管理器分析本地核心网资源的负载状况映射一个蓝图，并发送给网络切片管理器；
S206：网络切片结合全局网络的资源的利用情况，和前面两个管理器发送的蓝图进行分析对比，选择最优的资源分配方案，生成最终的蓝图；
S207：网络切片管理器将生成的最终的蓝图的信息发送给接入网的切片管理器和核心网切片管理器；
S208：核心网切片管理器将蓝图信息发送给核心网模块，对核心网模块功能进行切片；
S209：接入网切片管理器将蓝图信息发送给接入节点，对接入网进行切片；
S210：将切片响应返回给用户。
进一步，所述切片的生命周期管理的更新过程包括以下步骤：
S301：切片管理器一直动态监视着资源库的的信息，并收到来自运营商的更新请求；
S302：切片管理器分别向接入网切片管理和核心网切片管理器发送修改的消息；
S303：接入网切片管理和核心网切片管理器收到网络切片管理器的消息后，根据自身网络的状态返回一个确认消息；
S304：核心网切片管理器向核心网功能模块下发修改切片的消息的命令；
S305：接入网切片管理器向接入点下发修改切片的消息的命令；
S306：修改完成后发送返回消息。
进一步，所述切片的生命周期管理的撤销过程包括以下步骤：
S401：切片管理器一直动态监视着资源库的的信息，并收到来自运营商的撤销请求；
S402：切片管理器分别向接入网切片管理和核心网切片管理器发送撤销的请求；
S403：接入网切片管理和核心网切片管理器收到网络切片管理器的消息后，根据自身网络的状态返回一个确认消息；
S404：接入网切片管理器向接入网切片管理器下发切片的撤销的命令；
S405：核心网切片管理器向核心网功能模块下发撤销切片的消息的命令；
S406：核心网功能模块执行命令；
S407：接入网功能模块执行命令；
S408：撤销完成后返回确认消息。
本发明的有益效果在于：本发明对5G移动通信网络切片架构进行设计设计和管理。包括移动网络切片架构、网络切片管理架构、网络切片生命周期管理、切片蓝图、切片生成流程图、切片生成过程、切片更新过程、切片撤销过程。通过一些架构的方案的设计来细化网络切片的具体流程，满足各种服务的需求。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为移动网络切片总的架构设计图；
图2为网络切片的管理架构图；
图3移动网络的切片蓝图的设计；
图4为切片生成的流程图；
图5为切片生命周期管理图；
图6为本发明切片生成详细的过程图；
图7为本发明切片更新的详细流程图；
图8为本发明切片撤销的详细流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
参见图1，为移动网络切片总的架构设计图。在本发明案例中，将整个网络切片架构可以分为三部分：第一部分是空口资源上的切片，第二部分是接入网上面的切片，第三部分是核心网上的切片。
参见图2，为网络切片的管理架构图。网络切片的管理架构可以划分为业务/产品的管理、网络切片管理、接入网/核心网的管理以及传输路由的管理，其中对路径的管理也可以看为网络资源的切分。网络切片本身不是服务，而是用来对外提供服务的，因此需要将网络切片和其提供的服务解耦为网络切片层和服务层，并各自进行管理和协同。网络切片管理通过蓝图的方式对外提供能力，并在其基础上实现切片的生命周期管理。根据服务管理提供的蓝图和输入参数，按照蓝图中的定义和工作步骤来实例化网络切片，使其提供特定的网络特性，比如提供极低的时延、极高的可靠性、极大的带宽等，以满足不同行业客户对网络的要求。
参见图3，为移动网络的切片蓝图的设计。蓝图涵盖三个部分，分别为空口、接入网和核心网。空口主要指分配给用户的接入信道和控制信道，公共接入信道，切片用户专属的接入信道，公共控制信道，切片用户专属的控制信道,上下行的多址技术，采用的帧结构，多天线方案，双工模式。接入网部分参数主要指无线架构协议，带宽，传输延迟，丢包率，吞吐量，频谱效率，traffic type，traffic load核心网方面主要指用户接入的虚拟化的功能模块，每个功能模块都分为用户层面和控制层面。
参见图4，为切片生成的流程图。具体流程为：
步骤401：运营商或者租赁第三方发起业务请求。
步骤402：切片管理器对业务进行一个映射，生成相关参数包括网络拓扑、功能组件、交互协议、性能指标和硬件要求。
步骤403：切片管理器对上述映射的参数生成切片蓝图，蓝图可以用来生成网络切片实例，一个切片蓝图可以生成多个网络切片，也可以作为网络切片的模板切片，蓝图中参数主要为空口，接入网，核心网中的一些指标。
步骤404：生成的切片蓝图和已有的蓝图对比，若有符合条件的，则跳入步骤410，生成切片或者分配到已有切片中，如没有符合条件的，则进入步骤405。
步骤405：选择组件化网络功能，在模块化的网络功能中进行选择。
步骤406：根据模块化网络功能进行节点的部署。
步骤407：根据部署的逻辑节点形成逻辑拓扑。
步骤408：定义端到端的协议。
步骤409：对逻辑拓扑中的逻辑连接分配网络资源。
步骤410：切片生成
参见图5，为切片生命周期管理图。在第一阶段，需要根据切片所提供的业务需求来设计切片，包括网络切片应包含的网元、网络的拓扑结构以及网络切片的工作流程。切片设计的输出为网络切片蓝图，该蓝图可以用来生成网络切片实例，一个网络切片蓝图可以生成多个网络切片；也可以把已有网络切片蓝图作为模板，对其稍加改动生成新的蓝图，以建立不同的网络切片。该阶段也包括对网络切片内网络功能的配置以及业务的激活。第二阶段为网络切片运行阶段。在该阶段，需要通过软件方式监控网络运行状态，以掌握网络运行状况并及时发现所出现的变化。同时根据运营商策略采取相应的措施以保持网络正常运行，这些措施包括网络切片的扩容、缩容、升级等。例如，如果软件监控到网络用户数增加、带宽利用率升高，那么当到达一定阈值时，软件会自动启动网络切片的扩容过程，以使网络资源利用率处于合理水平。第三阶段为切片删除阶段，出于运营或业务的考虑，有时切片需要退出运营，这样切片就需要被删除。在该阶段需要考虑原有用户的处理、是否需要将用户迁移到其他切片，并在切片删除后释放所有资源。
参见图6，为切片生成详细的过程图，具体步骤为：
1)运营商向切片管理器发起接入请求，通过接入公共接入信道完成时域和频域上的同步。
2)切片管理器向接入网切片管理器和核心网切片管理发起初始化请求。
3)接入网的切片管理器将映射的参数发送给网络切片管理器，由网络切片管理器来做最后的判决。
4)核心网网络功能模块像核心网切片管理器发起切片请求。
5)切片管理器分析本地核心网资源的负载状况映射一个蓝图，并发送给网络切片管理器。6)网络切片结合全局网络的资源的利用情况，和前面两个管理器发送的蓝图进行分析对比，选择最优的资源分配方案，生成最终的蓝图。
7)网络切片管理器将生成的最终的蓝图的信息发送给接入网的切片管理器和核心网切片管理器。
8)核心网切片管理器将蓝图信息发送给核心网模块，对核心网模块功能进行切片。
9)接入网切片管理器将蓝图信息发送给接入节点，对接入网进行切片。
10)将切片响应返回给用户。
参见图7，为切片更新的详细过程图，具体步骤为：
1)切片管理器一直动态监视着资源库的的信息，并收到来自运营商的更新请求。
2)切片管理器分别向接入网切片管理和核心网切片管理器发送修改的消息。
3)接入网切片管理和核心网切片管理器收到网络切片管理器的消息后，根据自身网络的状态返回一个确认消息。
4)核心网切片管理器向核心网功能模块下发修改切片的消息的命令。
5)接入网切片管理器向接入点下发修改切片的消息的命令。
6)修改完成后发送返回消息。
参见图8，为切片撤销的详细过程图，具体步骤为：
1)切片管理器一直动态监视着资源库的的信息，并收到来自运营商的撤销请求
2)切片管理器分别向接入网切片管理和核心网切片管理器发送撤销的请求。
3)接入网切片管理和核心网切片管理器收到网络切片管理器的消息后，根据自身网络的状态返回一个确认消息
4)接入网切片管理器向接入网切片管理器下发切片的撤销的命令。
5)核心网切片管理器向核心网功能模块下发撤销切片的消息的命令。
6)核心网功能模块执行命令。
7)接入网功能模块执行命令。
8)撤销完成后返回确认。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.基于5G移动通信网络切片架构设计管理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
设计一种网络切片架构，在接入域、IP承载域、数据中心各自域内组成独立的切片，通过切片的连接和共享支持每个完整的场景或商业模式；通过切片蓝图完成网络切片的生命周期管理，包括创建、激活、撤销、释放、扩容和缩容；
所述网络切片架构是基于现有的网络结构模型设计的，整个网络切片架构分为三部分：第一部分是空口资源上的切片，第二部分是接入网上面的切片，第三部分是核心网上的切片；
设计网络切片管理架构对切切片进行管理；所述网络切片的管理架构划分为业务/产品的管理、网络切片管理、接入网/核心网的管理以及传输路由的管理，其中对路径的管理也作为网络资源的切分；网络切片用于对外提供服务，将网络切片和其提供的服务解耦为网络切片层和服务层，并各自进行管理和协同；网络切片管理通过蓝图的方式对外提供能力，并在其基础上实现切片的生命周期管理；根据服务管理提供的蓝图和输入参数，按照蓝图中的定义和工作步骤来实例化网络切片，使其提供特定的网络特性，包括提供极低的时延、极高的可靠性和极大的带宽，以满足不同行业客户对网络的要求。
2.根据权利要求1所述的基于5G移动通信网络切片架构设计管理方法，其特征在于：所述蓝图包括三个部分，分别为空口、接入网和核心网；空口指分配给用户的接入信道和控制信道、公共接入信道、切片用户专属的接入信道、公共控制信道、切片用户专属的控制信道、上下行的多址技术、采用的帧结构、多天线方案和双工模式；接入网部分参数指无线架构协议、带宽、传输延迟、丢包率、吞吐量、频谱效率、traffic type和traffic load；核心网部分参数指用户接入的虚拟化的功能模块，每个功能模块都分为用户层面和控制层面。
3.根据权利要求1所述的基于5G移动通信网络切片架构设计管理方法，其特征在于：所述切片的生成流程为：
S101：运营商或者租赁第三方发起业务请求；
S102：切片管理器对业务进行一个映射，生成相关参数包括网络拓扑、功能组件、交互协议、性能指标和硬件要求；
S103：切片管理器对上述映射的参数生成切片蓝图，蓝图用于生成网络切片实例，一个切片蓝图能生成多个网络切片，也能作为网络切片的模板切片，蓝图中参数包括空口、接入网和核心网的指标；
S104：生成的切片蓝图和已有的蓝图对比，若有符合条件的，则跳入步骤S10，生成切片或者分配到已有切片中，若没有符合条件的，则进入步骤S5；
S105：选择组件化网络功能，在模块化的网络功能中进行选择；
S106：根据模块化网络功能进行节点的部署；
S107：根据部署的逻辑节点形成逻辑拓扑；
S108：定义端到端的协议；
S109：对逻辑拓扑中的逻辑连接分配网络资源；
S110：切片生成。
4.根据权利要求1所述的基于5G移动通信网络切片架构设计管理方法，其特征在于：所述切片的生命周期管理具体为：
在第一阶段，根据切片所提供的业务需求来设计切片，包括网络切片应包含的网元、网络的拓扑结构以及网络切片的工作流程；切片设计的输出为网络切片蓝图，该蓝图用于生成网络切片实例，一个网络切片蓝图能生成多个网络切片；也能把已有网络切片蓝图作为模板，对其改动生成新的蓝图，以建立不同的网络切片；该阶段还包括对网络切片内网络功能的配置以及业务的激活；
第二阶段为网络切片运行阶段；在该阶段，通过软件方式监控网络运行状态，以掌握网络运行状况并及时发现所出现的变化，同时根据运营商策略采取相应的措施以保持网络正常运行，所述措施包括网络切片的扩容、缩容和升级；
第三阶段为切片删除阶段，出于运营或业务的考虑，切片需要退出运营，需要被删除；在该阶段需要考虑原有用户的处理、是否需要将用户迁移到其他切片，并在切片删除后释放所有资源。
5.根据权利要求1所述的基于5G移动通信网络切片架构设计管理方法，其特征在于：所述切片的生命周期管理的创建过程包括以下步骤：
S201：运营商向切片管理器发起接入请求，通过接入公共接入信道完成时域和频域上的同步；
S202：切片管理器向接入网切片管理器和核心网切片管理发起初始化请求；
S203：接入网的切片管理器将映射的参数发送给网络切片管理器，由网络切片管理器来做最后的判决；
S204：核心网网络功能模块像核心网切片管理器发起切片请求；
S205：切片管理器分析本地核心网资源的负载状况映射一个蓝图，并发送给网络切片管理器；
S206：网络切片结合全局网络的资源的利用情况，和前面两个管理器发送的蓝图进行分析对比，选择最优的资源分配方案，生成最终的蓝图；
S207：网络切片管理器将生成的最终的蓝图的信息发送给接入网的切片管理器和核心网切片管理器；
S208：核心网切片管理器将蓝图信息发送给核心网模块，对核心网模块功能进行切片；
S209：接入网切片管理器将蓝图信息发送给接入节点，对接入网进行切片；
S210：将切片响应返回给用户。
6.根据权利要求1所述的基于5G移动通信网络切片架构设计管理方法，其特征在于：所述切片的生命周期管理的更新过程包括以下步骤：
S301：切片管理器一直动态监视着资源库的的信息，并收到来自运营商的更新请求；
S302：切片管理器分别向接入网切片管理和核心网切片管理器发送修改的消息；
S303：接入网切片管理和核心网切片管理器收到网络切片管理器的消息后，根据自身网络的状态返回一个确认消息；
S304：核心网切片管理器向核心网功能模块下发修改切片的消息的命令；
S305：接入网切片管理器向接入点下发修改切片的消息的命令；
S306：修改完成后发送返回消息。
7.根据权利要求1所述的基于5G移动通信网络切片架构设计管理方法，其特征在于：所述切片的生命周期管理的撤销过程包括以下步骤：
S401：切片管理器一直动态监视着资源库的的信息，并收到来自运营商的撤销请求；
S402：切片管理器分别向接入网切片管理和核心网切片管理器发送撤销的请求；
S403：接入网切片管理和核心网切片管理器收到网络切片管理器的消息后，根据自身网络的状态返回一个确认消息；
S404：接入网切片管理器向接入网切片管理器下发切片的撤销的命令；
S405：核心网切片管理器向核心网功能模块下发撤销切片的消息的命令；
S406：核心网功能模块执行命令；
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S408：撤销完成后返回确认消息。
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