Optimal Network Slicing for Service-Oriented Networks with Flexible Routing and Guaranteed E2E Latency
网络功能虚拟化是在5G及更高网络中同时支持具有不同特性和要求的多个服务的有前景的技术。具体地，每个服务由在云环境上运行的预定功能序列（称为服务功能链（SFC））组成。为了使不同的服务切片协调地正常工作，关键是适当地选择云节点以在SFC中部署功能，并灵活地路由服务的流，使得这些功能以相应SFC中定义的顺序被处理，保证所有服务的端到端（E2E）延迟约束，并且尊重所有云和通信资源预算约束。在本文中，我们首先提出了一个新的混合二进制线性规划（MBLP）制定上述网络切片问题，优化系统的能源效率，同时联合考虑E2E的延迟要求，资源预算，流路由，和功能实例化。然后，我们开发了另一种MBLP配方，并表明这两种配方是等价的，在这个意义上，他们共享相同的最优解。然而，由于第二个问题公式中的变量和约束的数量明显小于第一个问题公式中的变量和约束的数量，因此求解第二个问题公式在计算上更有效，特别是当相应网络的维数很大时。数值结果表明，所提出的公式相比现有的优势。
2021-06-05 cs.IT cs.NI eess.SP
Admission Control and Resource Reservation for Prioritized Slice Requests with Guaranteed SLA under Uncertainties
网络切片已经成为5G系统中的一个关键概念，允许移动网络运营商（MNO）在基础设施提供商（InP）管理的共享基础设施网络之上构建隔离的逻辑网络（切片）。网络切片需要在切片激活时将基础设施网络资源分配给虚拟网络组件，并调整操作中切片的资源。在尽力而为的基础上及时执行这些操作，无法保证有足够的基础设施资源来满足切片要求。本文提出了一种基于基础设施资源预留方法的并发切片优先接纳控制机制。该预留说明了切片请求的动态性质，同时对切片资源需求的不确定性是鲁棒的。采用InP的角度来看，预留方案，提出了最大限度地提高切片的数量，基础设施资源可以被授予，同时最大限度地减少向MNO收取的费用。这就需要解决一个最大最小优化问题的非线性成本函数和非线性约束引起的鲁棒性的不确定性的需求和限制的影响保留后台服务。将代价和约束线性化，提出了几种降低复杂度的策略来解决切片接纳控制和资源预留问题。仿真结果表明，可以通过区分选择切片资源请求的接收时刻和处理时刻之间的延迟来调整不同优先级的许可切片的比例。
2022-03-17 cs.NI
SDN-controlled and Orchestrated OPSquare DCN Enabling Automatic Network Slicing with Differentiated QoS Provisioning
在这项工作中，我们提出和实验评估的自动和灵活的NS配置的光OPSquare DCN控制和编排的扩展SDN控制平面的多租户应用程序与差异化的QoS配置。光流控制（Optical Flow Control，OFC）协议是为了防止交换机端由于数据包竞争而导致的数据包丢失而开发的，基于收集的数据平面的资源拓扑，SDN控制平面可以对光网络切片进行动态配置和自动重配置。同时，实验结果验证了应用流的优先级分配能够为不同切片提供动态的QoS性能，这些切片在丢包率和传输延迟方面具有特定的要求。此外，将数据平面的流量统计信息暴露给SDN控制平面的能力使得能够实现负载均衡算法，从而进一步提高具有高QoS的网络性能。对于负载为0.5的具有最高优先级的切片网络，可以保证没有分组丢失和小于4.8 us的服务器到服务器延迟。
2020-01-10 cs.NI
From ATM to MPLS and QCI: The Evolution of Differentiated QoS Standards and Implications for 5G Network Slicing
网络社区不断创造新技术并更新现有技术，以提高数据网的质量、可靠性和“可定制性”。然而，每当互联网服务提供商试图将“可定制性”产品化并将其明确地作为尽力而为连接的优质服务出售给最终客户时，他们要么无法克服网络中立性问题，要么难以获得市场牵引力。在本文中，我们只关注那些旨在为公共网络上的付费客户提供定制连接的网络协议、技术或标准，并将其称为差异化QoS（D-QoS）标准。这篇文章有两个贡献。首先，它探讨了D-QoS标准的技术经济市场轨迹，以了解决定成功的因素。在这样做时，我们承认，虽然它们的基本技术特性存在很大的差异和不同，但所有D-QoS标准的期望和目标是，它们将用于提供客户可以准备支付的有保证的连接。因此，我们考虑第2/3层技术（例如，ATM、帧中继、MPLS）、信令技术（例如，RSVP）、数据分组标记（例如，IP ToS、DiffServ、WME、QCI）和端到端分离解决方案（例如，租用线路、网络切片）作为单个群组，并一起分析它们。其次，通过探索与5G网络切片的相似之处，我们认为，尽管与其他D-QoS标准存在固有的技术差异，但网络切片的商业性能最终可能与以前的D-QoS标准相似。因此，我们试图从以前的D-QoS尝试中吸取教训，并建议在单个服务提供商的域中运行并具有绑定服务级别协议的以企业为中心的5G切片将在短期/中期内获得最大成功。
2020-07-19 cs.NI
Prediction-based Hybrid Slicing Framework for Service Level Agreement Guarantee in Mobility Scenarios: A Deep Learning Approach
网络切片是保证5G和未来网络中各种服务水平协议（SLA）的关键驱动因素。无线接入网中的切片间无线资源分配（IS-RRA）是非常重要的。然而，用户移动性给最优IS-RRA带来了新的挑战。本文首先提出了一种软硬混合切片框架，其中引入了一个公共切片来实现隔离度和频谱效率（SE）之间的权衡。为了应对用户移动性带来的挑战，我们提出了一种基于深度学习的两步算法：基于长短期记忆（LSTM）的网络状态预测和基于深度Q网络（DQN）的切片策略。在该提案中，LSTM网络被用来预测交通需求和切片窗口级别中每个用户的位置。此外，通过位置和无线电地图来映射信道增益。然后，将预测的信道增益和业务需求输入到DQN以输出精确的切片调整。最后，实验结果证实了本文提出的切片框架的有效性：切片的SLA得到了很好的保证，算法在SLA满意率、隔离度和SE方面都达到了接近最优的性能。
2022-08-06 cs.NI cs.SY eess.SY
LACO: A Latency-Driven Network Slicing Orchestration in Beyond-5G Networks
Technische Universität Kaiserslautern（卡尔斯鲁厄理工大学）；NEC Laboratories Europe GmbH.（欧洲电气股份有限公司实验室）
网络切片预计将成为即将到来的5G网络及以后的游戏规则改变者，通过尚未开发的垂直行业利润扩大电信业务生态系统。这意味着在给定大量预定义需求的情况下，必须保证每个切片的异构服务级别协议（SLA）。在本文中，我们开创了一种新的无线切片编排解决方案，同时提供延迟和吞吐量保证在多租户环境。利用一个坚实的数学框架，我们利用探索与开发的范例，通过一个多臂的基于土匪（MAB）的编排，LACO，使自适应资源切片的决定，没有先验知识的流量需求或信道质量统计。与对底层系统视而不见的传统MAB方法相反，LACO依赖于系统结构信息来加快决策。经过初步的模拟活动经验证明我们的解决方案的有效性，我们提供了一个强大的实现LACO使用现成的设备，以充分模拟现实的网络条件：接近最佳的结果在负担得起的计算时间内测量LACO时到位。
2020-09-07 cs.LG cs.NI stat.ML
Air-Ground Integrated Vehicular Network Slicing with Content Pushing and Caching
提出了一种空地一体化车载网络（AGIVEN）架构，空中高空平台（HAP）通过大面积广播主动向车载推送内容，地面路侧单元（RSU）按需提供高速单播服务。为了有效地管理多维异构资源，引入了面向服务的网络切片方法，将AGIVEN虚拟地划分为多个切片，每个切片支持特定的应用，并保证服务质量（QoS）。具体而言，多资源供应AGIVEN切片的基本问题进行了研究，考虑到典型的车辆应用程序的基于位置的地图和基于流行度的内容服务。对于基于位置的地图服务，相对于HAP广播速率和车辆缓存大小导出HAP车辆主动推送的能力，其中存在指示最优通信缓存资源交易的鞍点。对于共同感兴趣的热门内容，获得平均板载内容命中率，HAP推送新生成的内容以保持板载缓存新鲜。然后，最小RSU传输速率推导出满足平均延迟要求的每个切片。分析结果揭示了RSU传输速率、HAP广播速率和车辆缓存大小之间的服务相关资源配置和交易关系，为实际多资源网络切片提供了指导。仿真结果表明，所提出的AGIVEN网络切片方法匹配多资源跨切片，从而RSU传输速率可以节省40%，而保持相同的QoS。
2018-06-11 cs.IT cs.NI math.IT
Federated Orchestration for Network Slicing of Bandwidth and Computational Resource
网络切片一直被认为是5G支持多样化物联网服务和应用场景的关键推动因素之一。本文研究了5G支持的大规模物联网网络的分布式网络切片与雾计算。具有不同需求的多种服务需要由5G网络提供的频谱资源和雾计算网络的计算资源来支持。我们提出了一种新的分布式框架的基础上，一个新的控制平面实体，联邦协调器，它可以协调频谱和计算资源，而不需要任何交换的本地数据和资源信息从BS。提出了一种基于部分变量分裂乘子交替方向法的分布式资源分配算法。我们证明了DistADMM-PVS最大限度地减少了整个网络的平均服务响应时间，并保证了所有支持的服务类型的最坏情况下的性能时，F-协调器和BS之间的协调是完全同步的。基于协调同步可能导致高协调延迟，当网络规模很大时，这是无法容忍的，我们提出了一种新的简化ADMM算法。我们证明了AsynADMM可以收敛到全局最优解，具有更好的可扩展性和可忽略的协调延迟。我们使用在5G网络支持的校园智能交通系统中收集的两个月的交通数据来评估我们提出的框架的性能。我们已就繁忙及非繁忙时间的行人及车辆相关服务进行广泛的模拟。我们的研究结果表明，所提出的框架提供了显着减少的服务响应时间为两个支持的服务，特别是与网络切片只有一个单一的资源。
2020-02-06 cs.NI eess.SP
Fairness Guaranteed and Auction-based x-haul and Cloud Resource Allocation in Multi-tenant O-RANs
CONNECT Centre for Future Networks and Communication（CONNECT未来网络与通信中心）；Trinity College Dublin, University of Dublin（都柏林大学圣三一学院）
开放式无线电接入网络（O-RAN）包括云化和网络功能虚拟化，用于通过分解的无线电单元（RU）、分布式单元（DU）和集中式单元（CU）进行基带功能处理。这些实现了云RAN愿景，其中多个移动网络运营商（MNO）可以安装其专有或开放RU，但通过开放的x-haul接口从常用的开放云租赁用于DU-CU功能的按需计算资源。在本文中，我们提出并比较了最小-最大公平性和Vickrey-Clarke-Groves（VCG）拍卖为基础的x-haul和DU-CU资源分配机制的性能，以创建一个多租户的O-RAN生态系统，是可持续的小型，中型和大型移动网络运营商。最小-最大公平方法通过与RU的需求成比例的成本分摊来最小化RU的最大OPEX，而基于VCG拍卖的方法在从RU提取真实需求的同时最小化所利用的所有资源的总OPEX。我们考虑基于时分波分复用（TWDM）无源光网络（PON）的x-haul接口，其中PON虚拟化技术用于灵活地提供宏小区RU位置处的RU和边缘云以及中心局位置处的开放云之间的光连接。此外，我们设计了有效的算法，产生显着更好的经济效率和网络资源利用率比传统的贪婪资源分配算法和基于强化学习的算法。
2023-03-15 cs.AI cs.NI
Proactive Allocation as Defense for Malicious Co-residency in Sliced 5G Core Networks
虚拟化网络中的恶意共存构成了真正的威胁。下一代移动网络严重依赖虚拟化基础设施，网络切片已成为支持5G网络中不同虚拟化服务和应用的关键推动因素。然而，高效地分配网络切片，同时提供最低保证水平的服务以及提供针对移动核心中的恶意共存威胁的防御是具有挑战性的。为了解决这个问题，在我们以前的工作中，我们提出了一个优化模型来分配切片。在这项工作中，我们分析了防御恶意的共同居住使用我们的优化为基础的分配。
2020-01-27 cs.NI
Optical Front/Mid-haul with Open Access-Edge Server Deployment Framework for Sliced O-RAN
预计第五代移动无线电技术将是敏捷的、灵活的和可扩展的，同时提供超可靠和低延迟通信（uRLLC）、增强型移动宽带（eMBB）和大规模机器类型通信（mMTC）应用。实现这些的一种有效方式是通过采用云化、网络功能虚拟化和具有开放无线电接入网络（O-RAN）架构的网络切片技术，其中基带处理功能通过前/中回程接口被分解为虚拟化无线电单元（RU）、分布式单元（DU）和集中式单元（CU）。然而，需要成本效益的解决方案来设计前/中距离接口和时分波分复用（TWDM）无源光网络（PON）出现作为一个潜在的候选人。因此，在本文中，我们提出了一个框架，用于基于长期网络统计数据的RU的最佳放置，并将其连接到开放获取边缘服务器，用于通过前/中回程接口托管相应的DU和CU，同时满足uRLLC、eMBB和mMTC切片的各种QoS要求。反过来，我们制定了一个两阶段的整数规划问题和时间效率的算法，用户RU的关联和灵活的部署相应的DU和CU。我们使用基于TWDM-PON的框架评估了城市、农村和工业地区的O-RAN部署成本和延迟要求，并展示了其相对于基于光传输网络（OTN）的框架的效率。
2022-05-08 cs.NI
DSAF: Dynamic Slice Allocation Framework for 5G Core Network
网络切片是支持5G网络中用户和应用的不同服务质量要求的关键。然而，高效地分配网络切片，同时在移动核心中提供最低保证水平的服务是具有挑战性的。为了解决这个问题，在我们以前的工作中，我们提出了一个优化模型来分配切片。它提供了静态和手动的切片分配。在本文中，我们将我们的工作扩展到动态分配切片。我们提出了一种用于5G核心网络的动态切片分配框架。所提出的框架提供用户交互以请求切片和需要在切片上运行的任何所需服务。它可以接受单个或多个分配请求，并动态分配它们。此外，框架在可用资源之间以平衡的方式分配切片。我们比较了我们的框架与先到先服务和先可用的分配方案。
2019-05-09 cs.NI
FORSLICE: An Automated Formal Framework for Efficient PRB-Allocation towards Slicing Multiple Network Services
Indian Statistical Institute（印度统计研究所）；Ericsson Research（爱立信研究）
本文提出FORSLICE框架，通过形式化方法实现多网络服务切片中的PRB高效分配，确保公平性和PRB最优性。
2026-04-09 cs.NI cs.SY eess.SY
Online Estimation of Resource Overload Risk in 5G Multi-Tenancy Network
作为第五代（5G）无线网络最具特色的特征，网络切片技术在共享的物理基础设施之上管理异构和逻辑隔离的切片中的资源和网络功能，其中每个切片可以独立地定制以满足其专用服务类型的特定要求。它实现了多租户网络的新范例，其中网络切片可以由移动网络运营商（MNO）以公共云计算服务的形式出租给租户，称为切片即服务（Slice-as- Service，SlaaS）。与经典的云计算场景类似，SlaaS受益于向众多租户超额预订其资源，利用资源弹性和多样性，但代价是冒着网络资源过载和违反服务级别协议（SLA）的风险，SLA规定了应向网络切片保证的服务质量（QoS）。因此，准确估计资源过载风险（特别是在复杂的网络动态下）以监控和增强SlaaS业务的可靠性成为MNO的关键挑战。
2021-06-15 cs.NI eess.SP
Moving the Network to the Cloud: the Cloud Central Office Revolution and its Implications for the Optical Layer
SDN和NFV最近改变了我们运营网络的方式。通过解耦控制和数据平面操作并虚拟化其组件，它们为降低网络拥有成本和提高可用性和效率开辟了新的领域。最近，它们的适用性已转向公共电信网络，其中云CO等概念率先在接入和城域网中使用：这一想法迅速吸引了网络运营商的兴趣。通过将移动、住宅和企业服务合并到围绕商品化数据中心类型架构构建的通用框架中，该CO虚拟化概念的未来实施例可以实现显著的资本和运营成本节省，同时为高容量和低延迟的未来应用提供定制的网络体验。本教程概述了各种框架和架构，概述了导致中心局虚拟化/云化的当前网络分解趋势。它还提供了有关接入城域网虚拟化的见解，展示了新的软件功能，如\acp{PON}的虚拟\ac{DBA}机制。此外，我们还探讨了如何将不同的网络技术融合在一起，实现移动和光接入网络的融合，并为分散式ROADM网络的整合铺平道路。最后，本文讨论了一些开放的挑战，实现网络能够提供有保证的性能，同时在多个运营商和服务共享资源。
2021-11-16 cs.NI
