CN107426797A - 用于接入网侧的切片管控系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于接入网侧的切片管控系统。该系统包括：用于基于网络需求制定接入网侧的切片策略的模块；用于基于所述切片策略向虚拟基站管控模块发送指示消息，以完成切片和虚拟基站之间的关联关系的模块；以及用于根据所述指示消息配置切片所关联的虚拟基站的模块。根据本发明的系统能够有效的管控和控制接入网侧的切片，基于网络需求建立切片和基站之间的映射关系，并灵活地进行动态调整。

Description

用于接入网侧的切片管控系统和方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种用于接入网侧的切片管控系统和方法。

背景技术

网络切片，即虚拟网络，是指运营商在一个硬件基础设施上切分出多个虚拟的端到端网络，其利用逻辑而非物理资源，实现按需组网的方式，能根据不断变化的用户需求进行调整，并快速满足新型应用需求的新服务。例如，5G时代是无物不联的时代，将有大量的设备接入网络，这些设备分属不同的工业领域，它们具有不同的特点和需求。如，对于森林防火的物联网应用，分布于森林的大量传感器检测温度、湿度和降水，这些传感器通常是静止不动的，不需要像智能手机一样需要频繁切换、位置更新等移动性管控。而当5G网络应用于无人驾驶、远程机器人控制等领域中，则要求超低的端到端时延，这个时延比智能手机无线上网的时延要低得多。因此，这些不断涌现的新型应用对于网络的移动性、安全性、时延、可靠性的需求是不同的。通过网络切片可以提供适用于不同应用的多种网络服务，实现网络共享。

高效的网络切片管控功能是保障网络切片安全、有效地提供网络服务的基础。目前，移动通信领域主要针对网络切片的架构设计、资源共享与隔离和切片管控等方面进行研究，这些研究主要聚焦在核心网侧，而对于接入网侧的切片管理与控制并没有具体的解决方案和实践措施。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种有效的接入网的切片管控机制。

本发明的第一方面，提供了一种用于接入网侧的切片管控系统。该系统包括：

切片参数配置模块：用于基于网络需求制定接入网侧的切片策略；

切片管控模块：用于基于所述切片策略向虚拟基站管控模块发送指示消息，以完成切片和虚拟基站之间的关联关系；

虚拟基站管控模块：用于根据所述指示消息配置切片所关联的虚拟基站。

优选地，所述网络需求包括时延、带宽、安全性等级、容量和电池寿命中的至少一项。

优选地，所述制定接入网侧的切片策略包括确定切分方式、确定切片之间无线资源的共享模式或确定虚拟基站资源相关信息中的至少一项。

优选地，所述切分方式包括一个切片独享一个虚拟基站、一个切片独享多个虚拟基站、多个切片共享一个虚拟基站或多个切片共享多个虚拟基站。

优选地，根据切片需求的覆盖范围、服务用户数、虚拟基站的覆盖能力或虚拟基站的负载能力中的至少一项来确定所述切分方式。

优选地，所述虚拟基站资源相关信息包括频谱资源预留比例、频谱资源分配比例、频谱带宽中的至少一项。

优选地，所述切片参数配置模块还包括结合接入网的无线能力信息来制定所述切片策略。

优选地，所述切片参数配置模块还包括基于监测到的网络状态和/或网络需求改变来动态地调整所述切片策略。

优选地，所述指示消息用于指示切片创建、切片释放或切片更新中的至少一项。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于接入网侧的切片管控方法，包括以下步骤：基于网络需求制定接入网侧的切片策略；基于所述切片策略向虚拟基站管控模块发送指示消息，以完成切片和虚拟基站之间的关联关系；根据所述指示消息配置切片所关联的虚拟基站。

本发明的优点在于能够有效的管控和控制接入网侧的切片，根据网络需求建立切片和基站之间的映射关系，并灵活地进行动态调整。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的切片管控方法的网络架构和四种切分方式。

图2示出了根据本发明一个实施例的接入网的切片管控系统的功能模块示意图。

图3示意性示出了根据本发明一个实施例的切片信息管控的通用流程图。

图4示出了基于切分方式3的无线资源分配实例示意图。

图5示意性示出了基于切分方式3的创建切片和数据传输的流程图。

图6示出了将根据本发明的切片管控系统应用于超级基站架构的实例。

图7示出了根据本发明的一个实施例的接入网侧的切片管控方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下文的描述中，用户或用户设备，是用来接收数据的终端设备，包括但不限于移动台、蜂窝电话、智能电话等以及接入到无线网的其它类型的通信设备，例如，传感器、仪器仪表、无人机、机器人等。接入网是指将用户设备接入到无线网的接入设备，包括GSM基站、增强型节点B(eNodeB)、节点B、基站控制器等。

虚拟基站(Virtual Base-Station，VBS)是指通过软件虚拟化的手段将传统的基站架构虚拟化为多个虚拟基站。例如，对于集中式基站架构C-RAN(Centralized,Cooperative,Cloud Radio Access Network)，可以将一定数量的计算单元(CalculateUnit，CU)集中放置在一个大的中心机房，并使这些CU以一定的结构相互连接以构成CU池，并将一定数量的CU虚拟化成为一个虚拟基站。对于虚拟基站的建立策略和建立过程属于现有技术，在本文中不作详细描述。

在本发明中，接入网侧的切片管控的目标是建立虚拟基站和切片的关联关系，以实现接入网侧的切片虚拟化。图1示出了根据本发明的一个实施例的接入网侧切片虚拟化网络架构图和四种切分方式。

参见图1所示，在此实施例中，根据切片的需求因素(例如，覆盖范围、峰值吞吐量、峰值用户数等)和虚拟基站的处理能力等，设计了以下四种类型的切分方式。

切分方式1是指一个切片独享一个虚拟基站，如图中的Slice1。该类型可适用于当某一切片需求的覆盖范围和/或服务用户数可由1个虚拟基站满足，并且当服务用户数达到峰值时虚拟基站几乎处于满负载的场景。

切分方式2是指一个切片独享多个虚拟基站，如Slice2。该类型适用于某一切片需求的覆盖范围和/或服务用户数需要多个虚拟基站来满足，可能需要多种制式(例如，WCDMA、TD-SCDMA、TDD-LTE、FDD-LTE等)的虚拟基站，同时对于每个虚拟基站当服务用户数达到峰值时几乎处于满负载，而且多个虚拟基站达到满负载的时刻相差不多以保证负载均衡性。

切分方式3是指多个切片共享一个虚拟基站，如Slice3和Slice4。该类型可适用于当两个或两个以上的切片需求的覆盖范围和/或服务用户数可以由1个虚拟基站满足，且当两个切片的总服务用户数达到峰值时，虚拟基站几乎处于满负载的场景。

切分方式4是指多个切片共享多个虚拟基站，如Slice5和Slice6。该类型适用于两个或两个以上切片需求的覆盖范围和/或服务用户数需要多个虚拟基站满足，可能需要多种制式，同时对于每个虚拟基站服务用户数达到峰值时几乎处于满负载，而且虚拟基站达到满负载的时刻相差不多以保证负载均衡性。此外，对于某一个虚拟基站，所关联的两个切片或两个服务用户数峰值不重合、或者其中几乎重合的峰值用户数小于等于虚拟基站满负载的能力。

通过将切片和基站的归属关系划分为不同类型能够灵活的满足切片的需求并充分的利用虚拟基站的资源。

此外，在切片管控中，还需要考虑切片之间无线资源的共享模式，可选地，本发明有三种模式，即动态分配模式、固定分配模式和增强分配模式。固定分配模式是指切片按固定比例或固定频段使用无线资源，不考虑业务需求因素等。动态分配模式是指考虑业务需求等因素，当切片的实际业务需求小于或等于服务协议签订的资源量时，按需求进行分配，而当切片的实际业务需求大于服务协议签订的资源量时，则按服务协议进行分配。增强分配模式是指进一步考虑切片的优先级(如可从服务提供商/运营商，即SAP获得)、用户的优先级(也可从SAP获得)以优化无线资源分配。

本发明通过设计不同类型的切分方式和无线资源分配方式，可以根据实际需要进行灵活配置，以适用不同的应用场景。

根据本发明的一方面，提供了一种用于接入网侧的切片管控系统。该切片管控系统可根据第三方服务提供商/运营商的需求(即SAP)来对管理和控制接入网侧切片，功能包括确定虚拟基站的切片的归属关系；建立切片和相应虚拟基站的关联关系；为每个切片分配无线频谱资源等。

例如，图2的实施例中，切片管控系统200包括切片参数配置模块210、切片管控模块220和虚拟基站管控模块230。

切片参数配置模块210用于基于网络需求信息制定切片策略。

网络需求信息反映用户对于网络所能够提供的服务性能的期望，包括时延(如50ms、100ms)、带宽(如20M)、容量(如100Mbps)、安全性等级和电池寿命(如期望的电池持续时间)等。该网络需求信息通常是由服务提供商/运营商(即SAP)根据用户发起的业务类型或用户订制的服务种类来确定，并发送给接入网。

切片参数配置模块210可以根据所获得的网络需求信息合理的分配切片资源或制定切片策略，以为用户提供满意的服务，从而保证用户的网络体验。

在一个实施例中，所述切片资源/切片策略包括但不限于：切片个数，切分方式、与切片所属的虚拟基站的相关参数，如虚拟基站的为所属切片预留的资源比例等。

在另一个实施例中，切片策略还可以进一步包括切片间无线资源的共享模式，例如，动态分配模式、固定分配模式、增强分配模式等。通过分配不同的切片间无线资源的共享模式可以在满足用户需求的基础上，最大化利用网络资源。

此外，切片参数配置模块210还可以提供与其他功能模块的接口，例如用于接收来自于其他模块的网络需求，或者获取其他模块反馈的接入网的无线能力参数等。

在又一个实施例中，为了使分配的切片策略更加符合接入网的能力，以避免因切片资源超出基站的承载能力而导致的异常或故障，可以进一步结合无线能力参数来制定切片策略，例如，结合获得的可用的虚拟基站个数、可用的频谱带宽配置等来制定切片策略。

此外，当SAP网络需求发生变化时，切片参数配置模块210可以更新上述分配的切片策略，例如，更新切分方式等。通过这种更新方式，网络切片能够满足用户的动态需求，例如，对于用户临时提出的某种业务需求，接入网具有动态分配切片策略能力，从而提高了网络资源利用率。

切片管控模块220是用于接入网虚拟化的核心控制模块，其实现了无线资源在虚拟运营商之间的共享与隔离。切片管控模块220与参数配置模块210和虚拟基站管控模块均有接口，其功能包括：通过与虚拟基站之间的信息交互完成切片的创建、释放、更新和切片初始化配置等，从而建立切片与虚拟基站之间的映射关系。例如，切片管控模块220可用于通知虚拟基站所属的切片、所属的PLMN等。

虚拟基站管控模块230用于接收切片管控模块220的指示，通知虚拟基站使用的个性化参数，从而配置满足需求的虚拟基站。例如，根据切片与虚拟基站的映射关系，设置虚拟基站所属的标签如PLMN、业务类型等。例如，当用户需求发生变化、用户与接入网切片不匹配时，虚拟基站管控模块230会接收用户的反馈信息，将该错误反馈上报给切片管控模块220。

例如，虚拟基站管控模块230利用切片策略中的虚拟基站资源相关信息配置切片所属的虚拟基站。例如，配置虚拟基站为该切片使用80％的频谱资源。又如，当多个切片共享一个虚拟基站时，配置该虚拟基站用于各个切片的频谱资源的分配比例等。

总上所述，切片参数配置模块210用于制定切片资源相关的策略；切片管控模块220用于切片创建过程中的流程管理和控制；虚拟基站管控模块230用于配置虚拟基站。这种基于功能的模块划分方式，可以实现接入网侧的网络虚拟化，管理和控制接入网的切片。这种方式可以保证各模块的逻辑功能相对单一、独立，从而降低模块之间的耦合度和实现的复杂性。

本领域的技术人员可以理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，上述功能模块的划分可以有多种变型。例如，集成为一个功能模块来统一管理接入网的切片。

下面将结合图3，对图2中示出的各功能模块之间的信息交互和参数传递过程进行描述。图3中将接入网侧切片管控过程中各模块之间的信息交互和参数传递过程划分为三个阶段：切片初始化创建阶段S310、业务分发阶段S320和切片更新阶段S330。

21)S310、切片初始化创建阶段。

图3的步骤1至8示出了切片初始化创建阶段各模块所完成的功能和信息交互的流程图。

在步骤1中，切片参数配置模块接收来自于虚拟网络运营商或业务提供商的网络需求消息。网络需求例如包含时延、带宽、安全性、容量和电池寿命等参数。

在步骤2中，切片参数配置模块配置相关切片参数/切片策略。

例如，切片相关参数包括应用信息、切片类型、切片容量信息、限制条件等。应用信息是指业务传输需求(如网络带宽、时延、吞吐量)的多样化特征；切片类型即指上文的切片间无线资源共享模式(如动态分配模式、固定分配模式、增强分配模式)；切片容量信息是指虚拟基站个性化参数，诸如资源预留比例、资源分配比例等；限制条件是指其它一些制定切片资源的约束条件。

在步骤3中，切片参数配置模块向切片管控模块发送切片创建请求消息。

切片创建请求消息中可以包括配置的切片资源，例如，切片个数、切分方式等。

在步骤4中，切片管控模块根据接收到的切片创建消息进行切片初始化，切片初始化完成：生成切片ID生成、配置切片归属的虚拟基站ID等。

在步骤5中，切片管控模块向虚拟基站管控模块发送虚拟基站个性化参数，例如，通过虚拟基站创建请求/或已有虚拟基站参数配置请求消息等。

在步骤6中，虚拟基站管控模块初始化虚拟基站，即根据虚拟基站个性化参数以及一些默认参数生成定制化的虚拟基站，或对已经生成的虚拟基站的相关参数配置进行更新。

在步骤7中，虚拟基站管控模块向切片管控模块反馈虚拟基站创建完成或配置更新完成消息。

在步骤8中，切片创建完成，切片管控模块保存并维护切片实例。

22)S320、数据传输阶段。

图3的步骤9至17示出了切片创建完成之后，开始进行数据传输或业务传输的示意流程图。

在步骤9中，切片管控模块获知下行业务到达，例如，核心网业务到达接入网。

在步骤10中，切片管控模块根据网络切片ID筛选该业务应归属的切片并通知关联的虚拟基站。

在步骤11中，根据切片与虚拟基站映射表以及虚拟基站标签确定切片所属的虚拟基站，建立切片与虚拟基站之间的映射关系。

在步骤12中，切片管控模块可以根据监控的网络情况调整切片资源，并将新的切片资源通知给关联的虚拟基站。

例如，切片管控模块可以根据实际的业务量、吞吐量、时延等调整切片所占资源比例，其中切片所占资源比例始终遵守无线资源共享原则，资源共享原则就是上述的四种切分方式以及共享切片管控、虚拟资源层、物理资源层的原则。

在步骤13中，虚拟基站管控模块根据按需调整的资源进行资源更新。

在步骤14至16中，开始进行下行业务传输，向用户传输数据。

在步骤17中，业务传输期间，当业务传输的数据与用户信息不匹配或数据无法传输给用户时，用户会向虚拟基站管控反馈错误信息，将错误逐级上报，直到获得正确的下发数据为止。

23)S330、切片更新阶段

图3的步骤18至27示意性示出了切片更新的流程图。

切片管控模块实时监测网络状态，在当前切片无法满足用户需求或SAP网络需求变更的情况下，切片参数配置模块重新配置切片资源，并将切片更新消息逐级下发到虚拟基站管控模块，实现对现有切片进行更新。例如，新的切片资源可以通过步骤21中切片更新/切片重建请求消息发送给切片管控模块，切片管控模块通过步骤22的虚拟基站变更请求消息发送给相关的虚拟基站。其他过程与切片初始化创建的过程基本类似，在此不再赘述。

为了进一步理解本发明，下面进一步介绍切分方式3(即多个切片共享一个虚拟基站)的切片生成和数据传输的管控流程。如图4所示，对于切分方式3，可以假设将这个共享的虚拟基站分成了两个逻辑虚拟基站，与其他相关模块构成两个虚拟网络，即两个切片。以频谱资源分配为例，根据切片需求对频谱资源的进行分配，实现两个切片对频谱资源的共用。

图5示意性示出了基于切分方式3的创建切片和数据传输的流程图。

为了进行比较，图5与图3中功能相同的步骤采用相同的参考标号来标识。与图3示意的流程不同的是，切片参数配置模块接收来自SAP1、SAP2的网络需求(参见步骤1a、步骤1b)，需要完成两个切片资源的配置和创建(参见步骤2、步骤3)，并且由于是两个切片共享一个虚拟基站，切片管控模块需要分配两个切片的频谱资源的分配比例，例如，配置为2：3(参见步骤4)，其他步骤与图3所示类似，在此不再详述。

综上可知，本发明所设计的切片管控系统能够满足对切片管理和控制的基础功能，当SAP网络需求发生变化时，信息处理流程不会发生改动，只是更新了传输信息中所包含的参数配置信息。

本发明的切片管控系统可以适用于通用的移动通信网络架构，例如，如图6所示的超级基站结构或基于开放平台的实时云型基础设施的无线接入网(C-RAN)架构(未示出)。

相应地，在另一方面，本发明还提供一种用于接入网侧的切片管控方法，如图7所示。

1)步骤S710，获取网络需求。

网络需求信息反映用户对于网络所能够提供的服务性能的期望，例如包括时延、带宽、安全性、容量和电池寿命等。网络需求信息通常是由服务提供商/运营商(即SAP)根据用户发起的业务类型或用户订制的服务种类来确定，并发送给接入网。

2)步骤S720，基于网络需求确定切片策略。

根据所获得的网络需求信息可以合理的分配切片资源或制定切片策略，以为用户提供满意的服务，从而保证用户的网络体验。

此外，当SAP网络需求发生变化时，可以更新切片策略，例如，更新切分方式等。通过这种方式，“网络切片”能够满足用户的动态需求，例如，对于用户临时提出的某种业务需求，接入网具有动态分配资源的能力，从而提高了网络资源利用率。

3)步骤S730，基于切片策略建立切片与虚拟基站之间的映射关系。

例如，当新建立接入网的切片时，可以基于切片策略中的切分方式来建立切片和虚拟基站之间的映射关系。此步骤用于通知虚拟基站所属的切片、所属的PLMN等。

4)步骤S740，配置切片所属的虚拟基站。

在此步骤中，利用切片策略中的虚拟基站资源相关信息配置切片所属的虚拟基站。例如，配置虚拟基站为该切片使用80％的频谱资源。又如，当多个切片共享一个虚拟基站时，配置该虚拟基站用于各个切片的频谱资源的分配比例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种用于接入网侧的切片管控系统，包括：

切片参数配置模块，用于基于网络需求制定接入网侧的切片策略；

切片管控模块，用于基于所述切片策略向虚拟基站管控模块发送指示消息，以完成切片和虚拟基站之间的关联关系；

虚拟基站管控模块，用于根据所述指示消息配置切片所关联的虚拟基站。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述网络需求包括时延、带宽、安全性等级、容量和电池寿命中的至少一项。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述制定接入网侧的切片策略包括确定切分方式、确定切片之间无线资源的共享模式或确定虚拟基站资源相关信息中的至少一项。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述切分方式包括一个切片独享一个虚拟基站、一个切片独享多个虚拟基站、多个切片共享一个虚拟基站或多个切片共享多个虚拟基站。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，根据切片需求的覆盖范围、服务用户数、虚拟基站的覆盖能力或虚拟基站的负载能力中的至少一项来确定所述切分方式。

6.根据权利要求3所述的系统，其中，所述虚拟基站资源相关信息包括频谱资源预留比例、频谱资源分配比例、频谱带宽中的至少一项。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切片参数配置模块还包括结合接入网的无线能力信息来制定所述切片策略。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的系统，其中，所述切片参数配置模块还包括基于监测到的网络状态和/或网络需求改变来动态地调整所述切片策略。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的系统，其中，所述指示消息用于指示切片创建、切片释放或切片更新中的至少一项。

10.一种根据权利要求1-9之一的系统用于接入网侧的切片管控方法，包括以下步骤：

基于网络需求制定接入网侧的切片策略；

基于所述切片策略向虚拟基站管控模块发送指示消息，以完成切片和虚拟基站之间的关联关系；

根据所述指示消息配置切片所关联的虚拟基站。