一种5G网络切片资源分配方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种5G网络切片资源分配方法，包括：步骤1：获取用户提出的切片请求，根据CoS等级将获取的切片请求分队排列，得到8个SFC队列；步骤2：每次从8个SFC队列的队首取出切片请求，根据uRLLC、eMBB和mMTC的业务分类，为取出的切片请求配置通信路径；步骤3：采用预先学习的资源分配方法为取出的切片请求分配计算资源、存储资源、带宽资源；步骤4：将完成资源分配的切片请求从SFC队列删除，将新获取的切片请求按CoS等级置于对应SFC队列的队尾，返回步骤2。本发明专利技术从多方面降低时延，根据业务对时延要求的不同分配不同数量的资源，在资源充分利用的前提下满足各种业务的时延特性要求。分利用的前提下满足各种业务的时延特性要求。分利用的前提下满足各种业务的时延特性要求。

【技术实现步骤摘要】
一种5G网络切片资源分配方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种5G网络切片资源分配方法及系统，属于通信网络


技术介绍

[0002]目前，无线通信已进入5G时代。5G业务分为3类：增强移动宽带(eMBB)、超高可靠低时延通信(uRLLC)和海量机器类通信(mMTC)业务，根据不同业务对网络特性的要求，5G通信网络通过切片技术将一个物理网络切割成多个虚拟的端到端网络，从而给不同业务提供定制式服务。虚拟的端到端网络包括接入网、承载网和核心网等子切片。相比4G业务，5G业务具备超高速率、超低时延、大容量等特性。
[0003]为了解决时延的苛刻性要求问题，业内在降低传播时延、传输时延、处理时延、排队时延等方面做了大量研究，如：在接入网部分引入CU/DU合并及MEC等技术，在承载网部分引入OTN技术，在核心网部分引入SDN和NFV技术，在资源分配方面引入强化学习技术等。但这些技术基本上都是从单方面来减少切片网络业务的端到端时延，目前尚未见到从多方面综合解决时延问题的技术，而且这些技术中有一部分并不合理，如资源分配方面的强化学习技术起初是以时延作为约束条件而非优化目标，后来虽然以时延为优化目标，但其优化的对象是平均时延而非单个业务时延，这种方法不能保证对时延要求极高的uRLLC业务的时延特性要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种5G网络切片资源分配方法及系统，能够从多方面降低时延，同时根据业务对时延要求的不同分配不同数量的资源，从而在资源充分利用的前提下满足各种业务的时延特性要求。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种5G网络切片资源分配方法，包括：
[0007]步骤1：获取用户提出的切片请求，根据CoS等级将获取的切片请求分队排列，得到8个SFC队列；
[0008]步骤2：每次从8个SFC队列的队首取出切片请求，根据uRLLC、eMBB和mMTC的业务分类，为取出的切片请求配置通信路径；
[0009]步骤3：采用预先学习的资源分配方法为取出的切片请求分配计算资源、存储资源、带宽资源，得到满足各业务时延要求的切片资源分配策略，将其作为切片请求的资源分配方法；
[0010]步骤4：将完成资源分配的切片请求从SFC队列删除，将新获取的切片请求按CoS等级置于对应SFC队列的队尾，返回步骤2。
[0011]结合第一方面，进一步地，当SFC队列为空时，该队列资源需求为0，则为其分配的计算资源、存储资源、带宽资源中任一资源为0。
[0012]结合第一方面，进一步地，所述CoS等级包括0～7级，其中CoS＝7表示切片对端到
端时延要求最高，CoS＝0表示切片对端到端时延要求最低。
[0013]结合第一方面，进一步地，所述端到端时延包括传播时延、传输时延、排队时延和处理时延；其中所述传播时延在配置通信路径时进行优化，所述传输时延、排队时延和处理时延在资源分配过程中进行优化。
[0014]结合第一方面，进一步地，所述配置通信路径满足：端到端时延要求越高的业务配置越短的通信路径，所述通信路径的缩短通过UPF、MEC功能下沉和DU、CU合并方法实现。
[0015]结合第一方面，进一步地，所述5G系统包括数据面，所述数据面由计算机及提供计算机之间通信的网络构成；根据功能的不同，计算机分属于接入数据中心DC1、边缘数据中心DC2和核心数据中心DC3。
[0016]结合第一方面，进一步地，所述UPF、MEC功能下沉和DU、CU合并方法，包括：
[0017]配置5G系统的数据面；
[0018]将uRLLC业务的DU、CU、MEC和UPF设置在接入数据中心DC1，且DU与CU安排在同一个物理设备上；
[0019]将eMBB业务的DU设置在接入数据中心DC1，CU、MEC、UPF功能设置在边缘数据中心DC2；
[0020]将mMTC业务的DU设置在接入数据中心DC1，CU功能设置在边缘数据中心DC2，UPF、MEC功能设置在核心数据中心DC3。
[0021]结合第一方面，进一步地，所述预设的资源分配方法，包括：
[0022]将各业务传输时延、排队时延和处理时延之和乘以1+CoS并求和；
[0023]以求得之和最小化为优化目标，用强化学习法为各切片请求分配计算资源、存储资源、带宽资源；其中计算资源、带宽资源参与优化目标的计算，存储资源作为优化时的约束条件。
[0024]结合第一方面，优选地，所述切片请求包括该请求的CoS等级。
[0025]结合第一方面，优选地，所述计算资源指VNF映射到具体物理设备时计算机分配的虚拟计算能力，所述VNF包括DU、CU、MEC、UPF。
[0026]结合第一方面，优选地，所述存储资源指计算机分配的虚拟存储器。
[0027]结合第一方面，优选地，所述带宽资源指分组在出口获得的虚拟带宽；当虚拟带宽在接入数据中心DC1内部、边缘数据中心DC2内部或核心数据中心DC3内部时，该虚拟带宽属于计算机之间带宽的一部分；当虚拟带宽在接入数据中心DC1出口、边缘数据中心DC2出口时，该虚拟带宽属于接入数据中心DC1与边缘数据中心DC2之间、边缘数据中心DC2与核心数据中心DC3之间承载网络带宽的一部分。
[0028]结合第一方面，优选地，为各切片请求分配的虚拟资源之和不大于各切片所在计算机的实际物理资源的最大值。
[0029]结合第一方面，优选地，针对uRLLC、eMBB和mMTC业务的不同情况将SFC队列所涉VNF放置到相应物理设备后，传播时延为定值，在强化学习中不用对传播时延进行优化，在强化学习中不包含全程传播时延。
[0030]结合第一方面，优选地，强化学习中各业务传输时延、排队时延、处理时延之和通过下式表示：
[0031][0032]式(1)中，T
i
表示进入资源分配的各切片产生的传输时延、排队时延、处理时延之和，满足i∈1～8；C
n
表示某时隙第n个物理节点为第i个切片所分配的计算资源，单位为CPU cycles/s；x表示处理单位比特数据所需的计算资源，单位为CPU cycles/bit；l表示分组的平均长度，单位为bit；分组的到达过程符合到达率为λpackets/s的泊松分布；B
n
表示某时隙第n个物理节点为第i个切片所分配的出口带宽，单位为bit/s。
[0033]结合第一方面，进一步地，将各业务传输时延、排队时延和处理时延之和乘以1+CoS并求和，通过下式表示：
[0034][0035]式(2)中，T表示加权求和的结果；CoS
i
表示第i个切片的CoS等级，满足i∈1～8；C
n
表示某时隙第n个物理节点为第i个切片所分配的计算资源；B
n
表示某时隙第n个物理节点为第i个切片所分配的出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种5G网络切片资源分配方法，其特征在于，包括：步骤1：获取用户提出的切片请求，根据CoS等级将获取的切片请求分队排列，得到8个SFC队列；步骤2：每次从8个SFC队列的队首取出切片请求，根据uRLLC、eMBB和mMTC的业务分类，为取出的切片请求配置通信路径；步骤3：采用预先学习的资源分配方法为取出的切片请求分配计算资源、存储资源、带宽资源，得到满足各业务时延要求的切片资源分配策略，将其作为切片请求的资源分配方法；步骤4：将完成资源分配的切片请求从SFC队列删除，将新获取的切片请求按CoS等级置于对应SFC队列的队尾，返回步骤2。2.根据权利要求1所述的5G网络切片资源分配方法，其特征在于，当SFC队列为空时，该队列资源需求为0，则为其分配的计算资源、存储资源、带宽资源中任一资源为0。3.根据权利要求1所述的5G网络切片资源分配方法，其特征在于，所述CoS等级包括0～7级，其中CoS＝7表示切片对端到端时延要求最高，CoS＝0表示切片对端到端时延要求最低。4.根据权利要求1所述的5G网络切片资源分配方法，其特征在于，所述端到端时延包括传播时延、传输时延、排队时延和处理时延；其中所述传播时延在配置通信路径时进行优化，所述传输时延、排队时延和处理时延在资源分配过程中进行优化。5.根据权利要求4所述的5G网络切片资源分配方法，其特征在于，所述配置通信路径满足：端到端时延要求越高的业务配置越短的通信路径，所述通信路径的缩短通过UPF、MEC功能下沉和DU、CU合并方法实现。6.根据权利要求5所述的5G网络切片资源分配方法，其特征在于，所述UPF、MEC功能下沉和DU、CU合并方法，包括：配置5G系统的数据面，所述数据面包括：接入数据中心DC1、边缘数据中心DC2和核心数据中心DC3；将uRLLC业务的DU、CU、MEC和UPF设置在接入数据中心DC1，且DU与CU安排在同一个物理设备上；将eMBB业务的DU设置在接入数据中心DC1，CU、MEC、UPF功能设置在边缘数据中心DC2；将mMTC业务的DU设置在接入数据中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国民，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：