[发明专利]面向底层节点失效的5G网络切片拓扑设计及可靠映射方法

说明书

本发明涉及一种面向底层节点失效的5G网络切片拓扑设计及可靠映射方法，属于移动通信技术领域。该方法包括：建立5G网络切片可靠映射模型，虚拟网络运营商VNO周期性检测底层节点的资源和可靠性信息；根据网络切片的整体可靠性要求获得单个虚拟网络功能实例的可靠性目标；根据实时节点信息，判断切片的映射方案；若存在满足资源限制而单节点可靠性无法达到要求时，就要重构网络切片；若资源与可靠性均达到要求，根据最小化需求可靠性与可实现可靠性的差值的同时最小化带宽资源消耗的准则，确定最优的映射方案；否则，直接拒绝切片请求。本发明在实现网络切片可靠映射时，在用户体验的同时降低运营商的成本支出。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种面向底层节点失效的5G网络切片拓扑设计及可靠映射方法。

背景技术

5G时代将出现丰富多样的应用场景以及差异化的业务需求,通过单一网络同时为不同类型应用场景提供服务,会导致网络架构异常复杂、网络管理效率和资源利用效率低下。网络切片(Network Slice,NS)是5G时代的理想网络架构,通过网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)技术,实现对NS的集中管理和快速部署，从而提高资源利用率，降低成本。 NS是共享底层基础设施但逻辑上完全隔离的专有网络,使得不同应用场景可以按照各自的需求定制网络功能和特性。

网络切片映射(Network Slice Embedding,NSE)是网络切片生成的一个关键步骤，其目的是在底层物理网络中找到满足映射约束的节点和路径实现虚拟网络功能VNF的部署和互通。现存发明成果主要集中于针对理想网络状态下提高切片映射成功率和优化带宽资源利用率。

但是在网络环境下，系统故障或者遭遇攻击和意外的情况经常出现，难以避免，这就使得底层的物理网络并不能时刻处于理想无故障状态。此外，数据中心的物理服务器通常是低成本购入的，因此这些服务器不具有高可靠性，而底层基础设施的单一设备失效就会影响到部署在其上的VNF，同时由于NS请求中的流量是依次经过相应的网络功能，所以其中任意一个VNF失效都会引起整个切片失效。

在本发明的研究过程中，通过对相关研究的深入分析，发现现有技术针对非理想网络在以下三方面存在不足：底层网络的资源利用效用差；VNF可靠性无法保证；NS映射成功率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一目的在于提供一种面向底层节点失效的5G网络切片拓扑设计及可靠映射方法，从用户和网络运营商两方面综合考虑，在满足用户可靠性的保证的基础上，以“恰到好处的可靠性”避免用户以低价享受高可靠性资源的方式使得运营商的资源消耗最小化。

本发明的第二目的在于提供一种利用可靠性分配(Reliability Allocation,RA)的VNF可靠性度量方法，该方法不仅能够保证NS整体可靠性要求，还能够保证每个VNF的可靠性要求。基于RA的网络切片映射方案为NSE提供了一种新的轻量级的可靠性保障手段，补充了现有的对VNF可靠性的研究。

本发明的第三目的在于提供基于可靠性感知的NS重构方法，虚拟网络运营商VNO周期性检测底层网络的资源能力和可靠性，从而为NS方案的重构提供更加全面的底层网络信息。基于NS重构，有效地提高虚拟网络映射的成功率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向底层节点失效的5G网络切片拓扑设计及可靠映射方法，具体包括以下步骤：

S1：建立5G网络切片可靠映射模型，并且虚拟网络运营商VNO周期性检测底层节点的资源和可靠性信息；

S2：针对每个网络切片，基于可靠性分配理论，根据网络切片的整体可靠性要求获得单个虚拟网络功能实例的可靠性目标；根据实时节点信息，判断切片的映射方案；

S3：若存在满足资源限制而单节点可靠性无法达到要求时，则重构网络切片；