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1 引言
随着以自动驾驶为代表的车联网业务、以虚拟现实 增强现实为代表的视频
业务、以远程医疗为代表的智慧生活业务等的涌现, 以及未来 时代中时
延敏感的计算密集型任务将呈指数级增长。由于计算能力有限的移动设备无法
完成上述低时延应用的计算需求
,因此将计算任务卸载到边缘进行处理
。移
动边缘计算(,)利用位于移动通信网络边缘的
计算资源,对复杂任务进行分布式处理,以提升网络数据处理能力,提供低时
延、高容量的计算服务
。未来 、(,后 )甚至 网络
将利用网络切片为差异化的通信业务提供服务,具体是:基于个性化服务需求
为不同垂直行业、不同客户、不同业务提供能力可定制的、相互隔离的网络服
务,是一个提供特定网络能力和特性的逻辑网络
,如图 所示。未来
的网络切片将共享无线与边缘计算资源为时延敏感、计算密集型应用提供服务 ,
因此面向网络切片的无线与计算资源管理是关键问题之一。
图 1
图 1网络切片资源共享示意图
2 网络切片生命的资源管理需求
网络切片在蜂窝网络软件定义与虚拟化的基础上实现了整个网络服务定制
化。网络切片作为提供服务的方式可以应用于多种垂直行业,根据应用场景、
业务类型按需提供网络能力,切片间相互隔离、互不干扰。为此,网络切片运
营 商 与 用 户 之 间 商 定 服 务 等 级 协 议 , 在 服 务 等 级 协 议 ( ! !
" ,#$%)中包括基本属性(如安全性、可管理性、可用性等)、详细
的业务属性(如切片类型、空口参数、差异化网络功能等)以及性能要求(如
时延、吞吐率、丢包率等),通过蜂窝网络的虚拟化与物理功能的差异化剪裁
与配置有效保证网络切片的 #$%。根据第三方服务提供商运营商的需求,建立
相对应的网络切片,通过网络切片管理器对生成的网络切片进行管理。网络切
片管理器从逻辑上为网络切片分配所需的基站功能模块、核心网功能模块、无
线与边缘计算资源等。网络切片动态地共享虚拟和 或物理功能模块,根据需求
特点对功能模块的能力进行定制化配置,根据网络切片资源分配算法将无线频
谱与边缘计算资源合理地分配给相应的切片,网络切片的资源虚拟化架构示意
图如图 所示。
图 2
图 2网络切片的资源虚拟化架构示意图
网络切片的生命周期包含网络切片接入与生成、网络切片运行和网络切片
终止 个阶段
&
,其中对资源管理的需求具体如下。
()网络切片接入与生成阶段
根据业务需求得到网络切片的资源需求,运营商判断是否有足够的空余资
源构建该网络切片:如果有,则接入网络切片;否则拒绝接入该网络切片。运
营商维护和更新一个网络切片模板库,新业务上线的第一步是匹配相适应的切
片模板,匹配项包括虚拟网络功能组件、组件间标准化交互接口和所需网络资
源的描述。当决定接入某网络切片时,运营商生成该网络切片,即进行实例化。
网络切片实例化时服务引擎导入模板并解析,通过接口向基础设施提供商租用
网络资源,基于业务需求实例化 '()并进行服务功能链的生成与编排,最后将
网络切片迁移到运行态。其中涉及的资源管理为:根据业务需求得到网络切片
的资源需求,系统为基于模板生成网络切片并基于资源需求预分配资源,网络
切片的资源管理需要能够得到网络切片所需的无线与计算资源需求的平均数值,
并据此完成网络切片资源的预分配。
()网络切片运行阶段
系统对切片的运行状态进行监控、更新、迁移、扩缩容等操作,此外系统
还支持根据业务负载变化进行快速业务重部署和资源重分配。对于无线与边缘
计算资源,系统需要提供高效的动态资源分配。对于无线协议处理资源,需要
在物理资源池上切分出多个逻辑的资源集合。
()网络切片终止阶段
主要涉及业务下线时功能的去实例化和资源的回收,以及对资源进行评级 、
生成历史记录等操作,一个网络切片的终止不能影响其他切片业务的正常服务。
在网络切片生命周期的资源管理中有 个需求,具体为:() 网络切片
的接入与生成阶段,系统通过判断是否有足够的空余资源构建网络切片决策是
否接入该切片,因此需要预估网络切片的平均无线与计算资源需求;( )网络
切片运行阶段,需要系统为网络切片、网络切片为终端动态高效地分配无线与
计算资源;()网络切片终止阶段,由于边缘计算业务需要先通过无线传输给
边缘计算服务器后再进行计算处理,因此无线传输性能将制约边缘计算性能乃
至网络切片的整体性能,面向网络切片需要设计鼓励网络切片与终端参与协作
的激励机制。针对网络切片的生命周期的资源管理中的 个需求,后文总结了
当前已经开展的网络切片接入控制技术、网络切片资源分配技术、网络切片激
励终端协作技术。
3 网络切片接入控制技术
在网络切片接入与生成阶段,系统需要网络切片的平均无线资源和边缘计
算资源需求,以便于判断是否有足够的空余资源生成该网络切片
。若系统有
足够的空余资源满足该网络切片的平均资源需求,则系统接入该网络切片,并
按照需求生成该网络切片,否则系统拒绝接入该网络切片。针对网络切片仅提
供无线传输服务的情况,现有研究提出了许多方案研究网络切片的无线资源平
均需求与无线频谱资源的预设定。
为了支持更丰富的服务质量(*"+ !,,#),网络切片可规定
多样化的资源需求。对于网络切片的无线资源需求,具有代表性且研究中广泛
应用的是无线传输速率和无线资源量
。当采用无线传输速率作为无线资源需
求时,规定网络切片无线传输速率需求的具体数值,系统根据相应的无线传输
速率值为其提供无线资源,此种方式配置的网络切片适用于有固定无线传输速
率要求的业务(如 -.语音传输等);当采用无线资源量作为无线资源需求时,
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