基于NST规范的5G网络切片计费设计.pdf
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1、基于NST规范的5G网络切片计费设计第22卷第2期2023年6月Vol.22 No.2Jun.2023湖南邮电职业技术学院学报Journal of Hunan Post andTelecommunication College基于NST规范的5G网络切片计费设计蔡卫红1,仇益彩2,文杰斌1,吕宏悦1*(1.湖南邮电职业技术学院,湖南长沙 410015;2.汨罗市任弼时芙蓉学校,湖南岳阳 414416)【摘要】5G网络切片由切片子网构成,每个子网由基础设施资源、网络功能和服务构成。从资源角度出发将网络切片分解成一组网络节点,映射到虚拟基础设施中,根据ETSI VNF网络切片模板(NST)规范来构
2、建计费函数。根据切片子网属性探索其资源使用情况,并根据这些属性应用计费函数,得出一种准确的计费方法。其计费功能设计能自动输出NSD中每个组件不同种类和级别的可计费属性,网络切片的计费可根据这些NSD中的计费属性直接派生出来。【关键词】5G;网络切片;NST;计费【doi:10.3969/j.issn.2095-7661.2023.02.004】【中图分类号】TN929.5【文献标识码】A【文章编号】2095-7661(2023)02-0013-06Design of 5G Network Slice Billing Based on NST SpecificationCAI Weihong1,
3、QIU Yicai2,WEN Jiebin1,LYU Hongyue1(1.Hunan Post and Telecommunication College,Changsha,Hunan,China 410015;2.Ren Bishi Fu-rong School in Miluo City,Yueyang,Hunan,China 414416)Abstract:5G network slicing consists of slicing subnets,each of which consists of infrastructure resources,network functionsa
4、nd services.In this paper,network slicing is decomposed into a group of network nodes and mapped into virtual infrastructure fromthe perspective of resources,and billing functions are constructed according to ETSI VNF network slice template(NST).Based on theproperties of slicing subnet,the resource
5、usage is explored,and the billing function is applied according to these properties,thus anaccurate billing method is obtained.The design of billing function can automatically output the billing attributes of different kinds andlevels of each component in NSD,so the billing of network slices can be
6、directly derived from the billing attributes in the NSD.Keywords:5G;network slicing;NST;billing1 5G切片设计理念1.1 3GPP网络切片概念和ETSI(欧洲电信标准化协会)VNF框架在一个物理网络上创建多个逻辑网络,以面向不同用户特定需求如延迟、带宽、可用性的服务称为切片1。网络切片实例(NSI)是一个特定的端到端逻辑网络,包含了一系列的网络功能、资源如计算、存储、网络资源、连接关系及管理中心2-3。为便于管理,可将一个网络切片实例划分为多个子网络切片实例,每个子网络切片实例由一组VNF(虚拟网络
7、功能)和PNF(物理网络功能)组成,通过VNF和MANO(网络编排)来管理这些VNF和PNF。NGMN定义的网络切片如图1所示,由3层组成:服务实例层(service instance layer)、网络切片实例层(network slice instance layer)、资 源 层(resourcelayer)。图13GPP网络切片层映射到ETSI体系结构图收稿日期 2023-03-07作者简介 蔡卫红(1971),男,湖南益阳人,教授,硕士,研究方向:5G移动通信。基金项目 2021年湖南省教育厅科研项目“基于eMMB应用场景的5G移动核心网子切片关键技术研究及实践”(项目编号:21C1
8、406)。13湖南邮电职业技术学院学报第22卷1.2 NSD(网络服务描述符)NSD是VNF在一个NS(网络服务)实例整个生命周期中使用的部署模板,由以下描述符组成:VNF转发图描述符(VNFFGD);虚拟链路描述符(VLD);业务接入点描述符(SAPD);物理网络功能 描 述 符(PNFD);虚 拟 化 网 络 功 能 描 述 符(VNFD);将网络服务描述为该网络服务组件的嵌套网络服务描述符(Nested NSD)。1.3 面向VNF云应用程序(TOSCA)建模的拓扑和编排规范TOSCA是一种用于描述云应用程序组件及其关系的建模语言。其开发公司为VNF定义了一个TOSCA简单配置文件,用于
9、根据VNFO和VNFM(网络功能虚拟化管理器)的部署意图来指定NSD和VNFD。TOSCA描述了NSD和VNFD的拓扑结构,包括NSD和VNFD组件的层次结构和实现4。2 5G网络切片计费基础准确估算资源配置是网络切片计费关键,网络切片资源需求由NST(网络切片模板)描述5-6。从VNF角度来看,NST可通过一个或多个NSD来实现。因此,文章重点研究基于NSD的NST对网络切片进行计费。2.1 信息要素IE信息要素可分为资源信息(虚拟链路能力、虚拟部署单元和CPU资源等)、连接性信息和监控信息。为探索资源信息与连接性信息要素的属性,确定与计费相关属性,先将这些属性分为三类:标识符,一个指向其他
10、信息要素的指针,用来描述不同信息要素间的关系;组成IE,信息要素集合;取值范围,指定虚拟链路的最大比特率。2.2 NSD指定的资源概况与分析因不同级别IE间复杂引用及不同IE中有内容重复,很难准确了解资源使用情况,为避免因IE重复而计费过高或因缺少属性而计费过低,采用TOSCA数据模型的两个关键概念(节点模板和关系模板)来阐明所有属性间关系,逐层考察一个NSD7-8。采用TOSCA数据模型的NS树状架构如图2所示,按NS节点、VNF节点、VL(虚拟链路)节点、SAP(服务接入点)节点、PNF、Nested NS(嵌套NS)节点、VDU(虚拟部署单元)节点、internal VL(内部虚拟链路)
11、节点、VNF extCP(VNF外部连接点)节点顺序遍历图中节点,可查找每个可计费属性。图2TOSCA数据模型的NS树状架构图2.2.1 顶层NS顶层NS主要由第二层的VNF、VL、SAP、PNF、Nested NS组件IE描述。其他组件IE有:VNFFGD;规则,用于描述何时触发扩展操作或终止NS策略;生命周期管理脚本,描述在某些特定生命周期临界点或发生其他事件时的反应,与资源配置无关;网络服务部署风格(NSDf),通常在一个NSD中有多个NSDf IE,每一个都为NS指定了一个不同部署配置,NSDf支持在部署NS实例时调整功能和性能级 别;VNFProfile/PNFProfile/Vir
12、tualLinkProfile/NSProfile IE,这些配置文件是NS组件在特定NSDf中的附加实例化数据;NS实例化级别(NS_Level),每个NSDf定义一组NS实例化级别,用于描述如何部署NS组件。2.2.2 第二层1)VNF节点:一个VNF由虚拟部署单元、内部虚拟链路、到外部接口的连接点组成。此层级上没有被描述为节点的IE有:规则和生命周期管理脚本;VNF部署风格(VNFDf),用于为VNF定义不同的部署配置,与NSDf类似;VDU配置文件/虚拟链路配置文件;VNF实例化级别。2)VL节点:NS级别的VL提供了组成根NS的一 组 VNF、PNF和 嵌 套 NS间 的 连 接。N
13、SVirtualLinkDesc IE即VL描述符,提供了VL的所有连接信息。此IE在指定VL部署下的可计费参数有:VL使用的协议类型;最大延迟时间;最大时间抖动值;最大丢包率;服务可用级别。3)SAP节点:SAP是为终端用户提供可访问权限的连接点,或者充当外部接口以启用与NS的连接。4)PNF节点:PNF是通过紧密耦合的软件和硬件系统(即物理设备)实现的NF。5)Nested NS节点:Nested NS包含至少一个网络服务。“NestedNSID”属性内容包含引用组件NSD的标识符。可一直使用相同方法,一个接一个地分解每个引用的NSD。14第2期基于NST规范的5G网络切片计费设计2.2.
14、3 第三层1)VDU:VDU支持对VNFC(虚拟网络功能模块组件)相关操作的描述,如果VNF架构是基于VM(虚拟机)的,则VNFC实例是基于VDU到VM映射创建的,VDU描述了VM的能力,如虚拟计算和虚拟存储。2)internal VL:VNF级别的内部VL提供一组VDU间的连接,VNFVirtualLinkDesc IE提供了这些VL的所有连接信息。3)VNF extCP:外部连接点描述符,外部连接点为VNF公开的外部接口,它的内部接口连接到一个VDU Cpd或一个内部VL。2.2.4 第四层1)虚拟计算:此信息块为VDU的计算资源需求,如vCPUs(虚拟CPU)个数、vCPUs最小时钟速率
15、要求、分配给该VNFC实例的虚拟内存大小。2)虚拟存储:该IE是连接到计算节点的存储类型描述,“typeofstorage”参数包括三种类型,块存储、对象存储和文件存储,分别在“BlockStorageData.sizeOfStorage”“ObjectStorageData.maxSizeOfStorage”和“FileStorageData.sizeOfStorage”参数中指定存储的大小。3)VDU连接点描述符(VDUCpd):VDU连接点提供VNFC实例与VL间网络连接的虚拟接口,在当前基于云端资源池的VNF实现中,Neutron网络须通过VNFC实例的每个虚拟接口部署一个端口来启动连
16、接,按其部署CP数量和属性收费。3 5G切片计费功能设计为向网络切片用户收取合理费用,须了解实际部署了哪些组件,实例化时实际使用了哪些属性值。NS实例化过程中须提供一些参数,其中2个参数“flavourID”和“NSInstantiationLevelID”对NS组件的选择及其性能影响很大。其中“flavourID”参数用于指定NS部署风格,通过此参数逐级探索能发现NS的所有配置,而“NSInstantiationLevelID”参数表示每个组件的能力。文章计费设计从调用函数NSD()开始,涉及4个参数:须部署NS实例数量;NS描述符;NS部署风格ID;NS实例化级别ID。这4个参数提供了一个
17、完整的以资源为中心的描述符,用于部署NS实例。图3揭示了各函数间关系,其结构与图2类似,只 是 将 VNFD的 探 索 过 程 分 explore_VDU()和explore_VNFVLD()2个函数进行,VLD的探测过程也和VNFD一样。在图3中,上层调用方函数指向下层被调用方函数,锁定一些关键配置属性,然后将其作为输入参数提供给被调用函数。图3函数层次结构图3.1 顶层函数函数NSD()计费流程如图4所示,首先计费主函数调用函数NSD(),并带有4个输入参数(1,NSD,flavourID,NS_Level_ID)。通过NS输入描述符NSD来探索一个NS实例启动,所选NSDf和NS_Lev
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