设计和实验验证的软件定义无线电接入网络与切片的实验支持

文摘

网络分割是5 g的一个基本特性系统单一网络分割成许多种族隔离的逻辑网络,每个优化为特定类型的服务或为特定客户或应用程序。实现网络分割是特别具有挑战性的无线接入网络(RAN)部分,在多个片可以多路复用同一无线信道和无线资源管理(RRM)函数应使用分裂细胞每片无线电资源和实现预期的行为。在这种背景下,本文描述了关键的设计和实现方面软件定义跑(SD-RAN)与切片实验的实验支持。试验台设计的切片功能和相关管理框架由3 gpp释放15。试验台用于演示跑片的配置(例如,准备、调试、和激活阶段)的操作实现RRM slice-aware承认控制和调度功能。

1。介绍

5 g系统被设计为支持更大范围的应用程序和商业模式比前几代由于预期采用5 g技术在多个细分市场(如汽车、e-health、公用事业、智能城市、农业、媒体、娱乐、和高科技制造业)和更灵活的整合和有成本效益的服务交付模型(例如,中立主机网络提供商、网络服务,企业和私人蜂窝网络)。通过网络分割的支持15 g),系统将变得灵活和通用的网络基础设施,可以创建(即逻辑网络分区。,network slices) with appropriate isolation and optimized characteristics to serve a particular purpose or service category (e.g., applications with different access and/or functional requirements) or even individual customers (e.g., enterprises, third party service providers). This is especially relevant for the Radio Access Network (RAN), which is the most resource-demanding (and costliest) part of the mobile network and the most challenged by the support of network slicing [2]。

系统架构和功能方面来支持网络切片在5 g核心网络(5 gc)和下一代(NG-RAN)已经定义的第一个版本5 g规范批准3 gpp规范(例如,网络片标识网络片选择、过程和函数等)(3,4]。此外,实现方面NG-RAN网络切片的研究从多个角度,从虚拟化技术和可编程平台交通slice-aware分化和保护机制5- - - - - -7]在切片算法动态资源共享8]。在这方面,我们分析了9)的冲切问题多单元的网络为了显示无线资源管理(RRM)功能可以用来正确共享无线资源,和我们开发的10]目的一组与厂商无关的配置描述符描述特性,政策,资源到位NG-RAN节点的广播协议层之间为实现并发跑片。

另一方面,管理解决方案所必需的网络自动切片功能的开发和业务敏捷的方式在更早期阶段,特别是对于NG-RAN担忧什么。在这方面,网络部分生命周期管理解决方案的端到端自动化提出了跨多个资源域(11),包括运行域完整性,但没有解决它的细节。更关注5 g跑;(12]提出了随需应变能力代理的概念,允许提供者分配一部分网络容量为一个特定的时期,而[13)提供了一些见解需要扩展当前的运行管理框架来支持网络切片(1),提供了一个广泛的概述相关的用例。进一步发展这一主题,功能框架,介绍了网络切片NG-RAN基础设施的管理(14),详细功能组件、接口和信息模型,应到位,一起讨论自动化运行配置过程的复杂性。最近,新服务的整体管理体系结构规范5 g系统和网络切片是由3 gpp的一部分发布15个规格(15,16]。在这种情况下,建筑的功能框架[跑切片管理14]并始终与新服务的管理架构在3 gpp释放15,本文描述了软件定义跑(SD-RAN)实验测试平台,允许自动跑片提供通过一个基于rest的应用程序编程接口(API)。此外,试验台实现RRM功能允许控制和调度能够治疗属于不同切片的不同连接(称为slice-awareRRM函数在下面)。切片特性表征的管理水平,最新的3 gpp释放15信息模型作为基准,提出了一个扩展支持更细粒度的描述slice-aware RRM政策。实验测试平台使用开源实现了分布(srsLTE [17和的OAI18])和5 g-empower平台(19]。试验台用于实验展示并验证片供应阶段的操作(例如,准备、调试、和激活跑片)提供所需的隔离级别,以及运行时的操作实现slice-aware RRM功能。与其他现有的原型和概念证明(poc)的冲切特性(20.,21),5 g-empower平台的使用在我们的测试让我们想出一个跑切片可以移植到不同的运行实现的解决方案。

剩下的纸是组织如下。部分2描述了跑切片管理整体解决方案的框架,提出了延长3 gpp提出信息模型描述了片。部分3描述了实验平台,讨论每一个主要的设计细节测试平台组件和实现slice-aware RRM功能。部分4侧重于展示跑片的管理和配置,同时操作验证和性能评估实验在一个给定的切片配置节处理5。最后,给出了结论和未来的工作部分6。

2。解决方案框架自动切片供应

从服务的角度来看,3 gpp网络片定义为一个特定的行为由一个5 g网络。这种行为是由一个网络标识片选择帮助信息(S-NSSAI)标识符在一个公共陆地移动网络(PLMN)。从实现的角度来看,网络的实现片被称为一片网络实例(NSI)。NSI由一组网络函数实例和所需的资源(例如,计算、存储和网络资源),部署到与一个或多个S-NSSAIs相关的交通服务。片NSI是由一个或多个网络子网实例(s) (NSSI (s))。例如,可以形成一个NSI NSSI跑函数,表示在下面跑片实例(RSI),和另一个NSSI 5 g核心网络功能。

关注了一部分,RSI的实现提供了不同的可能性如何NG-RAN基础设施功能和资源策划,包括无线电频谱是如何分布在RSIs(例如,RSI-dedicated或共享频谱)。一般情况下,让我们考虑这样一个NG-RAN基础设施,基站的功能(表示为5 g的新收音机gNB (NR)接口)交付几个网络函数的组合(例如,gNB-Distributed单位[gNB-DU]和[gNB-CU] gNB-Central单位举办的不同部分L3, L2,和L1无线电层功能),实现专用的硬件设备(即。后,物理网络功能(PNFs), ETSI术语)或虚拟网络功能(VNFs)通用硬件上运行,例如,网络功能虚拟化基础设施(NFVI)。在这样的场景中,肢体重复性劳损症可以实现的特定配置一套gNB-CU /杜(s)的启用广播协议的特性和无线接入能力担保或限制。同一组gNB-CU /杜(s)可能是由几个RSIs共享。在此基础上,跑切片的支持管理功能包括不同的管理组件如图1。核心功能由一组管理功能,统称为跑切片管理功能(RSMF)在图1负责的生命周期管理(LCM) RSIs(例如,创建、修改和终止RSIs)。为此,按照术语和基于服务的管理概念采用3 gpp在释放15 (16),RSMF暴露一组管理服务的配置和监控RSIs(例如,管理服务请求的创建基于模板的肢体重复性劳损症,管理服务创建一个收集的性能数据RSIs测量工作,等等)。在这方面,RSMF扮演的角色的管理服务,可以由一个或多个访问管理服务消费者。RSMF管理服务的一个消费者是网络运营商(如运营商员工访问RSMF通过基于web的接口或gui)。另一个消费者可能是一个管理系统的模块的NSIs RSIs是零部件的端到端片。此外,一组有限/限制的提供的管理功能RSMF可能暴露在外部用户(例如,租户使用片)后执行所需的风险治理。

另一方面,为了与底层基础设施组件和交互进行的LCM RSIs, RSMF已经能够使用管理服务提供的组PNFs和VNFs主办gNB功能。gNB的管理功能可以实现通过标准化的接口(例如,新3 gpp服务接口或遗留3 gpp接口Itf-N等)。通过这些接口,RSMF将分配和配置必要的L3, L2, L1电台访问功能和资源(如标识符,资源预订)创建和操作中的RSIs gNB功能。此外,NFVI-related管理方面的VNFs托管gNB功能的一部分,RSMF可以消耗管理接口由ETSI NFV提供管理和编制(马诺)兼容的解决方案,例如为中国大陆的网络服务和VNFs Os-Ma-nfvo接口(22]。

在上述管理支持所有的交互接口,信息模型代表的可控的特征L3, L2, L1广播功能和资源的访问是必要的。在这方面,3 gpp释放15规范定义信息模型(即。,managed object classes, attributes, and relations) of the components to be managed through the management services tagged as (A) and (B) in Figure1。这些信息模型被称为网络资源模型(全国抵抗运动)。具体地说,提供全国抵抗运动定义为描述一个网络片子网实例(NSSI) (NSSI的核心构件是一个网络片实例(NSI);也就是说,NSI总是由一个或多个NSSI (s) (15]。注意跑片实例(RSI)作为本文中定义的特定实现的NSSI NG-RAN功能)通过接口(a),加上全国抵抗运动的定义描述gNB功能及其支持切片特性通过接口(B)。为了有一个全面的看法的全国抵抗运动的范围定义、表1概述了两个全国抵抗运动的主要属性,直接应对切片特性。

从表1,它可以指出切片模型建立了3 gpp基本上打算定义一组最小网络分割管理的高级属性。这种方法带来的高灵活性很少约束是对特定的配置,虽然它只允许一个粗粒度的管理能力,特别是在无线资源的配置在gNB跑切片。因此,这些高层建筑在3 gpp模型,更细粒度的管理跑片一定需要扩展或添加新属性的更精确的描述跑片的行为。在这方面,专注于的问题如何分割多个片之间的无线电资源,本文提出的解决方案发展的语义RRMPolicygNB的全国抵抗运动的属性,这是实现依赖,转达更详细的配置跑片。这是我们以前的工作[进行利用10),一组全面的配置描述符用参数表示的特性,提出了政策和资源到位在L1, L2, L3广播协议层分布在PNFs的集合和VNFs共同提供完整的电台访问功能。

说明制定的RRMPolicy属性的基础上,提出了描述符如图2。它由三个配置描述符,称为L3,L2,和L1片描述符,用于描述的操作底层的无线协议层的实现跑片。简要描述这些描述符就足以基地下面的后续设计和实现方面提供。进一步的细节在不同的参数包含在描述符,加上背后的基本原理,可以发现在10]。

关于L3片描述符L3包括无线电资源配置(RRC)协议和RRM功能如无线电无记名控制(RBC)、无线电允许控制(RAC)和连接移动控制(CMC)的激活和维护电台持有者(RB),数据传输服务的无线协议栈。对于每一个问题,一个或多个用户平面苏格兰皇家银行,作为数据表示为苏格兰皇家银行(DRBs),可以建立每个协议数据单元(PDU)会话,它定义了连接5 gc[提供的服务3]。一个L3片描述符必须指定跑片的容量配置(例如,DRBs的数量和特征,可以同时建立),RRM政策管理切片的操作(例如,DRB配置策略)、的能力集RRC协议在使用(例如,应用程序类型特定RRC消息)。

的L2片描述符,L2包括介质访问控制(MAC)的数据包传输多路复用子层和调度DRBs在一组暴露于L1的传输通道。此外,L2嵌入per-DRB基础上的处理功能可配置数量如分割、自动重发请求(ARQ)重发,压缩和加密(即。、无线链路控制(RLC)和分组数据融合协议(PDCP))。NR的规范,一个额外的L2子层命名服务数据适应协议(SDAP)包含地图DRBs和流量管理的5 gc,称为QoS流(3SSI。考虑到当前的MAC操作是基于个人问题和DRB特定的QoS的概要文件,L2片描述符有必要定义数据包调度行为DRBs交通总被强制要求相同的切片和指定的能力集适用L2子层处理功能。

关于L1片描述符L1, L2提供传输服务的形式运输渠道,它定义的数据传输(例如,传输时间间隔(创科实业),信道编码)。L1也建立了相应的无线电资源结构细胞的无线电资源(例如,波形特征和时间/频域资源结构)。考虑到跑片可能需要特定的L1转移服务功能(例如,低延迟传输通道共享)和/或细胞的特定无线电资源分配无线资源,L1片描述符需要指定这两个方面。

3所示。软件定义跑(SD-RAN)实验测试平台

实验测试平台的高级视图展示和验证了切片管理解决方案框架中提供部分2描绘在图3。试验台包括分类经营的实现,跑的一些控制平面的功能(例如,slice-aware /多单元的进气控制)是集中的形式SD-RAN控制器。一起跑控制平面功能,SD-RAN控制器还整合了RSMF功能,模块的RSIs负责。SD-RAN控制器已被实现为一个扩展的5 g-empower操作系统(OS),这是一个开源的实验平台5 g服务开发和测试(19]。如图3,SD-RAN控制器提供了一个RESTful API提供的切片和所谓的5 g-empower北行的API为运行控制和管理应用程序的控制器,如多单元的/ slice-aware允许控制和多单元的/ slice-aware调度协调功能解释。

SD-RAN控制器交互的分布式功能的执行穿过5 g-empower代理,这是一个功能嵌入访问节点。试验台用于原型基于研究性的特别提款权开源实现LTE eNB(即。,srsLTE [17])和Ettus研究通用软件无线电外设(USRPs) b210,如图3。注意,具体的支持广播前端由实现者的网络堆栈(即。,in this case up srsLTE), and independent from the 5G-EmPOWER capabilities, which are compatible with any radio front-end supported by the stack. It is important to highlight that although the 5G-EmPOWER OS is able to support 4G and 5G networks, the validation of the prototype is at the moment limited to 4G since no open-source 5G stacks are currently available for experimentation. Accordingly, the eNBs are connected in the testbed to open-source Evolved Packet Core (EPC) (e.g., OAI [18]和NextEPC [23])的实现,共同运行,提供IP连接服务许多现成的用户设备(UE)终端用于测试。EPC、eNBs SD-RAN控制器是部署在英特尔NUC与英特尔i5处理器和16 GB的RAM内存运行Ubuntu 18.04.1。然而,另一方面,每一个组件也可以部署在独立的现成的笔记本电脑配备相同的处理器家族和至少4 gb的RAM。每个组件的更多细节在以下小节。

3.1。5 g-empower操作系统

5 g-empower操作系统提供了一个框架来管理异构跑节点(例如,3 gpp跑节点;wi - fi接入点)OpenEmpower协议的基础上,加上一组内置功能,服务和api,可用于程序控制和管理应用程序。5 g-empower操作系统实现在Python中使用龙卷风Web服务器作为Web框架。

操作系统的内部实现遵循模块化的体系结构。事实上,除了日志子系统(之前必须提供任何其他模块加载),每个任务5 g-empower支持的操作系统(即被实现为一个插件。Python模块),可以在运行时被加载。模块可以内置在引导时启动或运行时启动和停止。每个模块由一个清单文件包含模块的元数据(版本、依赖等)和一个或多个Python脚本。开发人员可以自由地决定他们的网络控制和管理应用程序部署。例如,开发的应用程序可以实现每跑片或控制能力的整体操作。此外,一个应用程序可以包含一个或多个模块。这种方法是相似的,原则上,网络功能虚拟化(NFV)范式,在复杂的服务可以通过结合几个VNFs部署。同样,在5 g-empower操作系统,复杂的网络管理应用程序可以由部署,结合不同的模块。这允许开发人员建立一个动态网络监控应用程序执行现场调查或推出新功能在运行时通过选择他们从一个“应用程序商店”。 In the implemented testbed, the 5G-EmPOWER OS includes three core modules, namely:(我)设备管理器功能。它追踪eNBs活跃在跑。这包括他们的IP地址和标识符,例如,eNB ID, the last seen date, and a list containing the capabilities of the eNB (e.g., Downlink/Uplink E-UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number (DL/UL EARFCN)). The device manager exposes an API allowing applications to receive events when new eNBs join or leave the RAN.(2)拓扑发现功能。这个功能被实现为一个模块的集合,允许控制器收集静态(与长期动态),以及动态(短期)的信息网络。第一类包括信息如何跑节点(即互联。,how the eNBs are interconnected with each other through, for example, X2 interfaces) in order to build a logical connection map of the network. This map is updated by the SD-RAN Controller upon the reception of events raised by the Agent when links are added or removed, case that does not occur in a frequent basis. The second type is related to periodic measurements from the eNBs and the UEs (e.g., RSRP/RSRQ). Notice that the notification period of these messages can be adjusted by the SD-RAN Controller depending on the network load. In addition, the eNB can aggregate in a single message the information of all the UEs attached to it, therefore not affecting negatively the scalability of the system. Let us notice that this long term and short term information can be used by control and management applications running on top of the SD-RAN Controller. Moreover, although not exploited in this work, the topology discovery modules may be fed with information from external sources (e.g., spectrum databases).(3)冲切管理功能(RSMF)。它负责整个片生命周期管理,从供应到退役。这个模块支持跑片的操作的实例化是由L3,L2,和L1片描述符中定义的部分2。特别是,表2描绘了模板提出了RSI的规格和配置的RRM政策指定L3的行为通过允许控制和L2调度策略。更多细节的语义RRM政策L3和L2属性。

除了RSMF,冲切特性的支持需要控制应用程序的部署应对slice-aware /多单元的RRM功能所必需的无线电资源的妥善处理内部和之间的片。这些控制应用程序,其功能是在一个单独的小节下面解释,与5 g-empower交互操作系统通过一组API(北行的API在图3)设计与屏蔽的表达目标开发人员从底层无线技术的实现细节。符合实现方法随访5 g-empower操作系统,向北api提供Python库,方便编写新的应用程序。这个设计选择允许程序员利用高级声明式API,而能够使用任何Python构建,比如线程、计时器、插座等。

最后,5 g-empower OS暴露一组管理服务(例如,切片创建、网络库存监控),平台管理员(如运营商角色跑),以及系统的其他潜在用户(例如,租户在多租户跑)。这允许一个开发模型平台管理员将拥有和运营的无线基础设施和SD-RAN控制器,而租户(如第三方服务提供商,垂直)将消费者(即暴露的管理服务。,一套限制授权的管理服务平台的管理员),这可能是集成在自己的管理系统。通过基于rest的API提供的管理服务由一个Web服务实现模块。这个功能是分成两个子:其余服务器和前端图形用户界面(GUI)。这种方法的好处是,5 g-empower GUI操作系统不依赖任何客户端,可以使用REST服务与操作系统交互。

3.2。5 g-empower代理

5 g-empower代理负责管理LTE用户平面。eNB整合5 g-empower代理在其子系统可以与5 g-empower操作系统交互。5 g-empower代理的体系结构由两部分用c++写的:平台独立5 g-empower代理本身和依赖于平台包装。(我)协议的代理由解析器负责OpenEmpower消息进行序列化和反序列化和(2)两个经理,一个用于单/预定事件和一个用于触发事件。支持的类型的事件代理在下一小节中描述。最后,包装器负责将OpenEmpower消息转换成命令LTE堆栈。图3草图的结构5 g-empower代理。

代理和OpenEmpower协议是通用的,可以应用于任何eNB将军。然而,包装必须写一个特定eNB实现自定义的一组操作,eNB必须支持为了5 g-empower-managed网络的一部分。这样的操作包括,例如,获取/设置某些参数的LTE访问层、引发问题的测量报告,不断上升的问题附加/分离事件,发出指令(如执行交接),和重新配置一定的访问层策略。所有这些操作都通过OpenEmpower 5 g-empower OS调用协议。请注意,这些功能的实现是eNB供应商和依赖于平台的责任,这使得它不相关的5 g-empower系统提供的功能。

包装器结构在尽可能多的子层在LTE访问为RRC层加上一个额外的模块功能。最后,重要的是要强调每个子模块的实现是eNB供应商和依赖于平台的责任,这使得它所提供的功能从5 g-empower无关的操作系统。在撰写本文时,可用的参考实现5 g-empower代理OpenWRT-based wi - fi APs, LTE小细胞基于srsLTE堆栈(17),和几个商业4 g / 5 g eNBs。

3.3。OpenEmpower协议

正如在前一节中提到的,一个代理介绍eNB实施管理行为定义的操作系统层。代理之间的通信和操作系统层发生在OpenEmpower协议。5 g-empower OpenEmpower协议的操作系统提供了一个参考实现;然而实现其他SDN平台也是可能的,例如,小野或OpenDayLight。OpenEmpower协议允许远程管理元素,虽然它没有假设了元素的类型,即。,它可以使用wi - fi APs, LTE eNBs,或5 g gNBs。

协议是建立在三大事件或消息类型:单一事件,预定事件,触发事件。其意义如下:(我)单一的事件。这些是简单的独立事件所要求的操作系统平面和通知后立即由代理。没有额外的逻辑必然会这样消息和操作系统决定发布下一个事件的时间。例子包括了元素功能或移交请求的请求。(2)预定的事件。这些事件由操作系统平面,然后定期的执行代理。例子包括物理资源块(复审委员会)利用请求,要求代理定期复审委员会利用率报告发送到操作系统的飞机。(3)触发事件。这些事件的某些功能启用/禁用代理。他们指定一个条件,当验证、触发器消息从代理到5 g-empower操作系统。例子包括RRC的测量要求。

所有OpenEmpower协议消息从一个共同的标题指定协议版本,事件类型,消息长度,跑元素ID(例如,eNB ID)和细胞ID、事务ID,一个32位的序列号。柜台的序列号是独立的连接关联每个eNB和5之间g-empower操作系统,并增加了一个每次生成一个消息通过一个代理eNBs或操作系统。事务ID是一个32位令牌关联到一个特定的请求。回答必须使用相同的ID作为请求中为了方便搭配。这是必要的,因为所有的通信使用OpenEmpower协议是异步的。

常见的头是紧随其后的是一个头三个可能的事件。每个事件标题指定类型的行动,一个操作码(码),和(在预定的事件的情况下)事件调度周期。操作码的值依赖于特定类型的行动,既可以用于指示错误/成功条件或类型的操作(创建、检索、更新或删除)。最后,事后头,我们可以找到消息本身的主体,它不同于行动,行动。图4草图OpenEmpower消息的结构。

3.4。Slice-Aware RRM功能

执行RRM政策定义为RSI(见描述预期的操作RRMPolicy属性表2)需要实现试验台内slice-aware /多单元的RRM函数允许控制范围(AC)和调度。

更具体地说,交流功能已经支持eNB (srsLTE实现)扩展为了符合该描述符和,作为一个整体,每片监督能力分配和利用,在所有的细胞和DRBs决定接受或拒绝。交流的操作是由“允许控制政策”L3属性在RSI模板,其详细的语义呈现在表2。如表所示,容量配置被定义为聚合无线电负荷、聚合的比特率和建立DRBs的数量,他们每个人在粒度可列举的特定对QCI和ARP值和每个细胞定义它们的可能性和/或每片(多单元的)水平。此外,L3片描述符还包括连接问题的数量。所有这些参数可以用于建立最低能力担保和/或能力的局限性。

交流功能的实现是由扩展的遗留RRM功能eNB slice-aware交流能力在细胞水平和控制应用程序(允许控制应用程序图中所示3)执行SD-RAN控制器多单元的交流能力。这种分裂之间的交流功能eNB和SD-RAN控制器减少eNB之间交换的信息量和SD-RAN控制器与解决方案的交流功能可以完全嵌入到eNB(即。完全分布式实现)或完全嵌入到SD-RAN控制器(即。,充分集中的实现)。注意,在一个完全集中式解决方案交流功能只有在SD-RAN控制器,太多的压力会穿上eNB监测信号有一个非常准确的每个单元中的无线电负荷。另一方面,在一个完全分布式的解决方案,与AC决定只有当地eNBs eNBs之间大量的信息应该转达了为了让他们每个人做出决策和多单元的/ slice-aware范围。

遇到的一个挑战在分布式的实现交流功能的优化集中交流之间的消息交换延迟模块和eNB支持集中式决策不会引起RRC计时器过期的连接问题。

另一方面,符合网络虚拟化方法如衬底(NVS)概念提出了(24]eNB内的调度函数实现已经扩展到处理资源分配政策旨在调节细胞的无线电资源的分布(即。伪随机位序列)的组织与不同跑片相关的问题。尤其是一部分无线电资源分配给特定的切片是由的选择L2片描述符(见表2),这是在SD-RAN指定控制器级别和配置管理通过5 g-empower eNBs代理。在这方面,通过定义的调度策略是两个属性:(我)Interslice调度。它定义了一片的治疗是对其他人。它指定的算法,可选地,资源的百分比(例如,伪随机位序列的比例)分配给每个片/创科实业。该算法选择interslice调度各种可能。例如,当设定一个经典的轮循(RR)算法的片被分配相同的部分可用资源;然而,此调度器不是算法,不执行任何特定分布的资源。相反,通过指定一个加权轮循WRR)(到和比例参数,可以执行所需的资源分配伪随机位序列。(2)Intraslice调度。它定义了如何在一个给定的问题/特殊的计划。只有指定的调度算法中使用特定的切片。不同的片可以配置不同的算法。可以选择的算法,目前常见的调度方法用于nonsliced设置,如轮循(RR),比例公平(PF)和马克斯·C /我25]。这些算法分配(不同的问题)的资源分配给每个片SD-RAN控制器考虑的QoS特征建立DRBs(例如,QCI)和信道质量信息医院药学部()报告的eNBs问题。

注意,调度策略的配置在eNBs SD-RAN控制器不仅是在调试阶段的完成片,但是也可以在运行时被触发,以这种方式允许一个动态适应的政策应用每个细胞为了弥补潜在的交通在整体的平衡,多单元的场景。此功能是通过所谓的支持调度协调应用程序图中所示3

4所示。跑片的供应

跑片的管理在试验台结构三个阶段:准备、调试/退役和操作。准备阶段包括登记的eNBs SDN-RAN控制器和初始配置设置之前eNBs片的创建。投入运行和退役实际上指的是创建/终止RSIs,实施必要的eNBs配置和资源分配的影响。最后,操作包括把肢体重复性劳损症操作所需的行为,即。,问题的交通服务。每个阶段详细描述以下部分。

4.1。跑片准备阶段

eNBs供应跑片之前,必须与SD-RAN同步控制器。在同步过程中交换的信号如图5和eNB运行时执行5 g-empower代理连接网络。要做到这点,eNB 5 g-empower操作系统必须注册。应该注意的是,这个任务只执行一次由网络管理员通过引入eNB ID通过Web服务(GUI)为了把它作为可靠5 g-empower-managed eNB。

注册后,eNBs交流他们的存在通过OpenEmpower协议5 g-empower OS。通过执行这个动作你好,请求消息。在图5它可以看到该请求重复“心跳”消息而连接。在接收它,操作系统使用一个回答你好响应消息,在那之后,它发送到eNB功能要求消息为了从这个特定的eNB检索操作信息相关的控制器。这些信息,在分配功能响应从eNB消息,包括数据如eNB ID,和操作设置的活跃细胞(如细胞标识符,通道,通道带宽)。在此基础上,5 g-empower操作系统可以构建和更新网络范围的地图。此外,功能响应还允许eNB通知5 g-empower操作系统是否支持了切片功能。否则,eNB不是一个有效的节点部署跑片。

最后,操作系统征集信息当前连接到eNB通过的问题问题报告请求消息。在这,eNB回答说问题报告的反应。此消息为议题的数量提供了一个活跃的RRC连接细胞由eNB,连同以下信息为每个这些问题:(1)细胞标识符(ID)细胞,它提供了一个惟一的标识符的具体问题的细胞连接;(2)Non-Access网络(NAS)标识符,可以提取eNB,如国际或临时移动订阅者ID (IMSI / TMSI)和公共陆地移动网络标识符(PLMN ID),识别,分别订阅者和核心网络服务;(3)无线电网络临时标识符(RNTI),这是临时标识符分配给3 gpp中的问题,和(4)活动DRBs信息,包括QCI和ARP。值得注意的是,NAS标识符还将包括5 g的S-NSSAI NAS信号,虽然这不是目前在实验中实现,依赖于可用的4 g NAS信号。

4.2。跑片调试和退役阶段

调试阶段是指准备阶段后的流程创建一个新的跑片(RSI)。特别是,创建新的RSI始于一个请求通过GUI 5 g-empower提供的操作系统。在这一点上,片配置可以选择。这是通过设置所需的值L2和L3片描述符据报道在表的格式2。SD-RAN控制器验证(授权),选中的描述符的值是有效的,如果是这样,它指示eNB(通过5 g-empower代理)创建RSI通过添加部分请求消息,包括切片的id (RSI_ID)创建,以及选定的配置描述符。接收到此消息时,eNB注册新的切片和分配无线资源(即。每片(%)、资源单位)根据提供的配置。这些步骤之后,激活片已经准备好了,这是下一节中描述的操作阶段的一部分。调试过程如图6。最后,它必须指出,自从SD-RAN实验试验台是基于4 g技术,因此EPC和问题不支持切片,NAS标识符的列表(例如,IMSI、TMSI)被设置在请求过程中使用的eNB协会的问题与相应的肢体重复性劳损症的人。

了网络的生命周期片和退役阶段完成。此时,5 g-empower OS指示eNBs承载片释放的资源分配给其服务服务。注意到,从这一刻网络片完全终止,不再可用。出于这个原因,如果任何问题连接片,它会自动断开连接的从那一刻开始。然而,应该注意的是,在前一个网络运营商之间的协议,这些问题可以迁移到另一片为了维持他们的服务活动。之间的通信进行SD-RAN控制器和切片的eNB退役也显示在图6。

4.3。跑片操作阶段

这一阶段是由三个主要任务:(i)激活;(2)监测;和(3)失活。激活的切片进行一旦eNB注册切片和分配的资源要求这样的一片。在这之后,eNB(通过5 g-empower代理)必须提供SD-RAN控制器与一个完整的活动片通过视图跑片的反应消息。eNB的确认后,切片是活动的,可以要求任何问题。激活后,监控功能SD-RAN控制器负责监督的性能和资源利用率片(例如,关键性能指标(KPI)监控)。在此阶段,修改RSIs可以通过GUI触发,引进片的变化描述符。新配置的验证/授权后,5 g-empower操作系统依赖于跑片的要求,一条消息被发送到eNBs提供一个更新的片,包括信息,如交流政策,用正餐调度策略,资源的比例分配给一个特定的切片。这之后,eNBs必须申请新的配置,更新后,他们必须提供操作系统的概述整个网络的当前状态跑片的反应。这个消息交换画在图7。最后,运行阶段还认为网络片实例的失活,可后来重新激活或退役。

5。RRM入学政策控制的测试

后的操作SD-RAN试验台的调试和激活跑片是通过测试验证场景设计展示的操作实现slice-aware交流功能。为此,跑片(RSI_ID = 1)提供了以下交流政策:L3Descriptor。DRBs [( , )][电池][min) = 1和L3Descriptor。DRBs [( , )(片)(max) = 2,没有每QCI和ARP分化。这种交流政策导致容量至少保证一个DRB /细胞,无论数量的DRBs激活其他细胞的片。最重要的是,如果一个细胞中的交通需求超过最低容量,最大数量的2 DRBs实施对整个组细胞切片。让我们注意到这些值已被选定故意为了迫使组织排斥与最小数量的设备。等测试配置,三个商业问题(EPC)的测试模拟人生提供顺序开启,让互联网连接通过SD-RAN试验台和启动视频流应用的下行(DL)数据率高达3 mb / s。试验台使用通道10 MHz的2.6 GHz乐队,PLMN ID = 21491。在连接的问题,实验的操作监控,分析实验组件之间的交互和提取特定细节的操作实现交流功能eNB和SD-RAN控制器。

数据8,9,10展示之间交换的消息信号问题,eNB SD-RAN控制器和EPC。为了清晰、遗留3 gpp信号与简单的黑色线条描绘,而OpenEmpower协议信号与蓝色粗线表示。此外,NAS消息,3 gpp信号的一部分,都是透明的问题和EPC RRC和S1-AP之间传输消息,用绿色突出显示。收集所有这些信息从调试和跟踪功能嵌入到eNB代码。

从图可以看出8问题# 1开启时,首先建立RRC连接问题和eNB之间。这触发一个最初的问题信息嵌入一个连接请求消息源于问题# 1从eNB EPC,以及问题报告的反应消息从eNB SD-RAN控制器通知存在的新问题,已分配x46 RNTI = 0。注意,此时关联问题eNB肢体重复性劳损症是解决从提供的参数(例如,NAS标识符)在RSI的配置。问题# 1是正确地配置在EPC数据库中,一个初始上下文设置请求继续建立一个触发eNB问题背景下,建立数据平面的E-RAB连接。在这一点上,eNB内的交流功能执行(见(图1)8)基于RRMPolicy属性(L3片描述符)配置的RSI_ID = 1。在这种情况下,因为最低容量不超过(L3Descriptor保证。DRBs [( , )][电池][min) = 1)作为RSI_ID = 1没有DRBs被激活,不需要与SD-RAN交互控制器。验收后,接下来的动作是设置问题情境,激活安全、通知EPC已成功设置,内部配置中的E-RAB eNB最后发送RRC连接重新配置问题# 1 DRB激活的问题。最后,激活后DRB(设置E-RAB图8),一个新的问题报告的反应由eNB SD-RAN控制器与发送信息的QoS参数建立DRB(即。QCI = 7和ARP = 9在这种情况下)。如图8,整个过程的时间以来接待的RRCConnectionRequest的接待RRCReconfigurationComplete由eNB大概需要416 ms。还值得注意的是问题报告的反应消息发送的eNB SD-RAN控制器每次新RRC连接向上或向下,而片测量消息,报道DL / UL复审委员会定期发送每片使用。特别的是,片测量信息包括RSI_ID, DL / UL伪随机位序列分配到切片,测量间隔期间使用DL / UL伪随机位序列(即。、1秒)和其他统计信息(数据没有显示清晰目的)。如图8,片测量消息报道下行占领一秒钟1745伪随机位序列,对应于一个17.45%无线电负载由于视频流应用程序(注意,50可用伪随机位序列10 MHz细胞)。

问题# 2打开时,一个相同的过程之后,直到eNB AC的触发功能(见图(2)9)。然而,一个与SD-RAN交互控制器触发在这种情况下的最小容量保证每个细胞以来与先前激活的问题# 1 DRB RSI_ID = 1。因此,入学决定现在还取决于活动DRBs的总数在片(L3Descriptor。DRBs [( , )(片)(max) = 2在控制器级别),这是已知的。出于这个原因,当地决定eNB,交流的要求消息发送到SD-RAN控制器触发集中的决定。这个信息包括用户RNTI(即。,0x47) and the details of the requested DRB (i.e., 1意义1 DRB QCI = 7和ARP = 9)。在此消息的接收,SD-RAN控制器检查L3Descriptor。DRBs [( , )(片)(min) = 2描述符以接受或拒绝DRB激活。因为在这种情况下,活跃DRBs RSI_ID = 1 = 1,它接受E-RAB机构并发送结果的eNB(真正的)交流响应消息。后者包括用户RNTI和交流的结果。当(积极)eNB收到响应,创建问题背景,设立E-RAB EPC通知,最后RRC康涅狄格州重新配置发送问题。在这种情况下,整个过程耗时575毫秒左右由于额外的消息交换交流集中控制。还值得注意的是,现在的资源利用率报告片测量消息已经增加到25.5%由于交通第二个用户(问题# 2)。

最后,当问题# 3试图连接片,一个类似的过程(如在图所示10)至于问题# 2的情况下,与不同,这里的连接被拒绝通过集中式决策以来最大数量的活跃DRBs每片已经达成。因此,一个初始上下文设置失败发送到EPC(而不是发送一个初始上下文设置响应)和过程终止背景/连接释放EPC之间的消息交换,eNB和问题。在这最后的情况下,整个过程的执行时间是434 ms,从由于112 ms交流的要求/交流响应消息交换。由于连接问题# 3是拒绝,资源利用率反映了交通的问题# 1和问题# 2。

相同的测试一直重复10次遵循同样的场景设置和监视消息交换延迟eNB一边。平均执行时间测量RRC连接的建立和完成整个网络注册设置,给出了表3,分别测量情况下交流的决定都是在当地做出eNB和SD-RAN控制器集中决策时也引发了(不含当地决定所需的时间)。此外,在不使用的情况下切片作为基准。

表中的描述,类似的执行时间,订单的50毫秒,测量RRC连接设置在所有的情况下,自切片操作没有附带任何附加在这个过程进行处理(平均差异值观察之间的三个案例只是由于统计波动10测量/案例)。另一方面,整个网络注册设置中,可以看出,集中式决策导致订单的执行时间的增量200 ms。然而,通过适当的执行的每个实验已经表明,添加slice-aware交流解决方案与分布式决策处理,提出了工作,是一个可行的方法遵循,并且不需要任何修改(s)的标准设置商业问题处理所需的额外时间之间的交互eNB SD-RAN控制器。

6。结论

本文提出了一种SD-RAN实验证明了可行性和展示(1)的操作管理服务的供应跑片,(2)slice-aware /多单元的范围RRM函数用于分割跑片之间的无线电资源基于可配置的RRM策略描述符。功能框架指导试验台的设计是符合最新的3 gpp释放15规范网络分割管理。在这方面,作为一个合理的实现RRMPolicy属性包含在3 gpp信息模型,模板与一组L3和L2描述符已经提出了一个细粒度的RRM规范政策每片细胞和多单元的水平。试验台建立利用开源跑分布和5 g-empower操作系统,这是SD-RAN控制器的核心组件提供运行切片管理功能。的主要过程和信号交流支持准备,调试,操作阶段跑切片供应已经展示了。此外,操作slice-aware RRM功能允许控制详细分析了在一个测试场景中与商业问题。实现实验结果验证正确的操作建议的解决方案,更重要的是,它已经表明,商业运作的问题并不影响所需的额外时间之间的交互eNB SD-RAN控制器。

未来工作设想实现RRM算法可以利用RRM政策描述符的全部潜力,提出了在更复杂的场景和测试他们的操作与多个细胞和混合的应用程序要求不同的QoS特征。此外,测试更复杂的RRM算法(例如,26可以追求])。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作已经由欧盟资助H2020 5 g-ppp项目5 g本质根据授权协议761592年,由西班牙研究理事会和菲德尔基金下声纳5 g格兰特(ref tec2017 - 82651 r)。

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