面向5G网络切片的虚拟化资源管理技术研究

5G network introduces network function virtualisation technology (NFV), which decouples the network element function from the exclusive hardware, by deploying virtual network function (VNF) on the universal IT hardware platform, and provides the flexible and varied services being customized to the user of different application scenes by network slicing. To instantiate the network slice, one of the basic problems is how to optimize the configuration of the underlying physical resources, namely, the resource management. This project focuses on the specific problems encountered in the process of orchestration, deployment and scheduling of the 5G network slice, and tries to propose a system of virtual resource management solutions, starting with the analysis of the characteristics of the 5G business. The main research contents are as follows: 1) A clustering method of 5G VNF instances is studied to improve the efficiency of the orchestration based on the performance compatibility of the VNF; 2) The static cross-domain VNF deployment scheme and the dynamic intra-domain VNF deployment scheme are studied to improve the efficiency of the deployment respectively for the different applications; 3) A scheduling scheme is studied to reduce the overall business delay of all services when they are requested at the same time. Through the research of this project, it can effectively establish the virtual resource management system of 5G network slice, which has very important theoretical and practical value.

5G网络引入网络功能虚拟化技术（NFV），通过在通用IT硬件平台上部署虚拟网络功能（VNF）的方式，实现了网元功能和专属硬件平台的解耦，并以网络切片形式向不同应用场景的用户提供灵活、多样的定制化服务。在网络切片实例化的过程中，一个最基本的问题就是如何实现底层物理资源的优化配置，即资源管理问题。本课题针对5G网络切片VNF编排、部署、调度三个环节中面临的具体问题，从5G业务特征属性分析入手展开关键技术研究，试图提出一套体系化的虚拟资源管理解决方案，包括：1）研究基于性能兼容性的5G网络VNF实例聚类方法来提高编排的效率；2）针对不同应用场景分别研究跨域的VNF静态部署方案和域内的VNF动态部署方案来有效提高部署阶段的效率；3）研究多服务请求同时到达时的VNF调度方案以减小所有服务的整体业务时延。通过本课题的研究，可以有效建立起5G网络切片虚拟资源管理体系，具有非常重要的理论意义和实践价值。

5G网络引入网络功能虚拟化技术（NFV），实现了网元功能和专属硬件平台的解耦，传统的网元设备以虚拟化网络功能（VNF）的方式部署在由通用服务器搭建的云化基础设施平台上。进一步，为了满足不同应用场景用户的差异化需求，5G采用网络切片技术在该云化基础设施平台上划分出满足不同需求且相互隔离的多个逻辑网络。在网络切片实例化的过程中，一个最基本的问题就是如何实现底层云化资源的优化配置，即资源管理问题。本项目针对5G网络切片VNF编排、部署、调度等环节中面临的具体问题，从5G业务特征属性分析入手展开关键技术研究，提出了一套体系化的虚拟资源管理解决方案，包括：1）基于联合备份、多路径的网络切片静态可靠性部署方案；2）基于VNF资源容量自适应调整的网络切片动态灵活性部署方案；3）满足低时延业务需求的网络切片VNF调度方案；4）基于虚拟资源编排的5G网络切片隔离方案。在此基础上，针对5G网络虚拟化引入未知漏洞后门等带来的信息泄露、数据篡改、功能破环等安全威胁，延伸开展了基于拟态防御思想的5G网络内生安全防护架构及关键技术研究。通过本项目的研究，可以有效建立起5G网络切片虚拟资源管理体系，在面向重要行业用户的高可靠高安全网络切片构建方面有重要的应用前景。基于本项目开展的5G网络切片虚拟化资源管理技术和5G核心网内生安全防护技术，有力支撑了国家重点研发计划课题“海量异构多源数据的融合分析”（2016YFB0801605）和国家科技重大专项课题“5G XX安全防护技术研究与验证”（2018ZX03002002）的研发工作。研制的内生安全切片原型系统，可为党政、军队等重要行业用户提供高可靠高安全的5G网络切片服务，从而抵御网络融合给5G带来的功能安全和信息安全威胁。