[发明专利]核心网中具备单链路故障恢复的虚拟链路映射方法

说明书

本发明公开了一种5G核心网中具备单链路故障恢复能力的虚拟链路映射方法，解决了强可靠映射中备份带宽占用量大以及多路径映射中时延增加的问题。其实现为：建立包含惩罚代价的资源分配模型；依据判别量为虚拟链路搜索候选路径集；为虚拟链路确定映射路径数的上、下界；用候选路径集预处理方法缩小可行集大小；计算得到最优预选路径集集合；求解资源分配模型得到最优映射路径集。本发明用备份带宽共享条件，实现了映射路径集与已映射路径集间备份带宽共享，提高了网络资源利用率，引入惩罚代价有效限制了多路径映射的时延增加，提出候选路径集预处理和共享备份带宽计算方法，有效降低了求解的复杂度。用于5G核心网通信。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，更进一步涉及考虑单链路故障的虚拟链路映射方法，具体是一种5G核心网中具备单链路故障恢复能力的虚拟链路映射方法。用于5G核心网通信。

背景技术

相比4G网络主要服务于手持设备，5G网络需要满足增强移动宽带(eMBB)、海量机器通信(mMTC)、超高可靠和低时延通信(uRLLC)三大应用场景的需求。多样化的业务给5G网络提出了差异化的性能需求，但现有的网络架构很难同时满足如此复杂的网络需求。面对这个巨大挑战，网络切片(Network Slicing，NS)概念应运而生，这被认为是5G网络的理想解决方案。网络切片主要基于软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)来实现，它通过灵活的资源分配将单个物理网络切分成多个逻辑独立的虚拟网络，不同虚拟网络满足不同业务的特殊网络需求。

在网络切片中，每个业务请求由一个有序的服务功能序列组成，称为服务功能链(SFC)，每个服务功能由一些给定的网络节点提供。网络切片要解决的一个关键问题是如何最优地将SFCs部署到底层物理网络中，这本质上是一个网络资源的最优分配问题。如果把SFC中的每个服务功能都看成一个虚拟节点，并把相邻两个虚拟节点之间的连线看成虚拟链路，那么一个SFC的部署过程就是一个链式虚拟网络的映射过程，该映射过程包括两个部分：虚拟节点映射和虚拟链路映射。虚拟节点映射为每个虚拟节点选定一个或多个物理网络节点来提供该虚拟节点所代表的服务功能；虚拟链路映射为每条虚拟链路确定映射路径，完成路由规划，使得业务流能够沿映射路径依次获得SFC中的所有服务功能。

在实际的网络环境中，底层单链路故障时有发生，而一旦发生故障，故障链路上承载的所有映射路径都会受到影响，导致业务无法正常运行。现有的网络切片映射方案要么不考虑底层物理故障，只完成虚拟网络映射，要么只关注底层节点故障，没有考虑底层链路故障，即便考虑了链路故障，也没有为受影响的映射路径提供强可靠性保障，无法100％恢复受影响的带宽，这对带宽敏感性业务来说是不可接受的。但是，如果要为映射路径提供强可靠性保障，那么就需要预留大量的备份带宽资源，以保证故障发生时能够有足够的带宽来恢复受故障链路影响的映射路径带宽，这将使得网络中有大量的带宽处于空闲状态而无法使用，不利于提高网络的资源利用率。因此我们需要找到一种映射方法，在保障映射路径强可靠性的同时，尽可能的减少备份带宽的使用，最大化资源利用率。

在现有的虚拟链路映射方案中，大多采用了多路径映射，这有利于均衡负载和提高网络接纳率。备份策略分为单路径备份和多路径备份，多路径备份更加灵活，利于备份带宽共享，减少备份带宽的使用。多路径映射要求在功能节点处将业务流分割成多个子流进行传输，而在下一个功能节点处则需要将收到的分组排序并重新合并城成务流，这会引入额外的网络开销，使得网络时延增加，服务质量下降。我们需要在尽可能减少备份带宽的同时，有效限制多路径引入的时延增加，实现最大化资源利用率和服务质量之间的折中。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种减少备份带宽占用和限制网络时延增加的5G核心网中具备单链路故障恢复能力的虚拟链路映射方法。

本发明是一种5G核心网中具备单链路故障恢复能力的虚拟链路映射方法，包括有如下步骤：

(1)建立包含惩罚代价的资源分配模型；