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5G网络切片研究进展

计算机科学 2023年第11期50卷 282-295页

作者：田晨景谢钧曹浩彤骆西建刘亚群陆军工程大学指挥控制工程学院南京210001 香港理工大学计算机系中国香港999077

作为5G及未来通信网络的关键使能技术,网络切片凭借其在垂直行业定制、服务质量保障、灵活性、可靠性等方面的潜在优势,获得了运营商和学术界的广泛关注和认可。目前,已有不少相关组织以专题报告的形式呈现了其对网络切片的理解及未来... 详细信息

作为5G及未来通信网络的关键使能技术,网络切片凭借其在垂直行业定制、服务质量保障、灵活性、可靠性等方面的潜在优势,获得了运营商和学术界的广泛关注和认可。目前,已有不少相关组织以专题报告的形式呈现了其对网络切片的理解及未来发展设想。但是,这些报告的侧重点各有不同且相关术语尚未规范统一,此类问题的存在给研究人员理解网络切片带来了诸多阻碍。为便于研究人员把握网络切片的发展脉络、技术架构,以及管理编排等具体内容,文中对相关研究进行了综述。首先介绍了网络切片的产生背景、具体含义以及功能特性。其次,针对端到端网络切片的实现,分别就接入网切片、承载网切片以及核心网切片这3方面的内容,对近年来的网络架构发展、技术突破以及标准化成果展开了论述。而后就网络切片管理与编排的具体内容进行了介绍与分析,并依据切片场景的不同对相关研究进行了分类梳理与比较。最后,结合网络切片的发展需求和现实困境,指出了目前研究所面临的一些开放性挑战。

关键词：网络切片切片管理与编排软件定义网络网络功能虚拟化分段路由灵活以太网云网融合服务化架构

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煤矿智能化信息综合承载网

工矿自动化 2022年第3期48卷 1-4,90页

作者：孙继平程加敏中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

目前用于煤矿井下的信息承载网主要是百兆、千兆和万兆矿用以太环网,其时延和可靠性不可控,难以满足煤矿井下少人或无人作业、地面远程控制等需求。服务质量(QoS)可保证最高优先级应用的实时性和可靠性,但当多路接口信号同时汇入且数据... 详细信息

目前用于煤矿井下的信息承载网主要是百兆、千兆和万兆矿用以太环网,其时延和可靠性不可控,难以满足煤矿井下少人或无人作业、地面远程控制等需求。服务质量(QoS)可保证最高优先级应用的实时性和可靠性,但当多路接口信号同时汇入且数据量较大,或前1个数据包正在发送时,最高优先级应用的实时性和可靠性也无法保证。针对上述问题,提出了煤矿智能化信息综合承载网技术要求:传输带宽宽、传输时延短、可靠性高、传输距离远、抗干扰能力强、本质安全防爆、电网电压波动适应能力强、抗故障能力强、防护性能好、多业务综合承载等。基于上述要求,提出了基于灵活以太网(FlexE)的煤矿智能化信息综合承载网,根据时间敏感和时间不敏感视频、时间敏感和时间不敏感音频、人员定位、车辆定位、设备定位、安全监控、供电监控、运输监控、排水监控、采煤工作面监控、掘进工作面监控等不同业务对带宽、时延和可靠性的需求,分配不同的信道,将煤矿监控、定位、视频和音频等多网合一。基于FlexE的煤矿智能化信息综合承载网既满足了地面远程控制、人员定位、安全监控等不同业务对带宽、时延和可靠性的需求,又实现了煤矿智能化信息一网综合承载,减小了维护难度和工作量。

关键词：煤矿智能化信息综合承载网灵活以太网 FlexE 一体化网络网络硬切片无人工作面地面远程控制

基于资源消耗指标的FlexE over WDM网络路由规划子系统设计与实现

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基于资源消耗指标的FlexE over WDM网络路由规划子系统设计与实现

作者：阮秋帆北京邮电大学

学位级别：硕士

5G网络具有高速、低时延、高可靠等优势,随着其在各垂直领域应用的蓬勃发展,用户流量也在迅速增长。FlexE,即灵活以太网,作为新一代硬切片基础技术,能够满足5G承载对大带宽、切片、业务物理隔离等服务诉求,为运营商构建适用5G业务长期... 详细信息

5G网络具有高速、低时延、高可靠等优势,随着其在各垂直领域应用的蓬勃发展,用户流量也在迅速增长。FlexE,即灵活以太网,作为新一代硬切片基础技术,能够满足5G承载对大带宽、切片、业务物理隔离等服务诉求,为运营商构建适用5G业务长期发展的网络基础架构提供了技术支持,具有广阔的应用前景。FlexE是OIF组织基于IEEE802.3/1制定的标准体系架构的扩展研究,其优势在于带宽颗粒度灵活、数据隔离效果好。它充分利用了现有标准,可将标准以太网物理端口通过捆绑形成逻辑通道,以实现超大带宽数据传输。在FlexE over WDM传输场景下,由于共路由约束,在对业务进行路由规划时,FlexE层和WDM层的资源分配存在互相制约的情况,而已有研究尚未充分考虑该约束对网络资源利用率的影响。另外,在动态业务场景下,随着业务到来和离去,FlexE Group中的时隙映射逐渐变得分散,可能产生空闲带宽,导致网络资源利用率降低。针对上述问题,本文在现有算法,即“基于贪心策略的FlexE Group顺序流分配算法”基础上提出了两点改进,分别为:增加业务调整机制、增加资源消耗指标,形成了基于资源分配指标和业务调整的路由规划算法,并针对原算法和每个改进点进行了仿真实验,实验结果表明,改进算法相较于原算法能够更加合理地进行路由规划,达到提高网络资源利用率的目的。本文基于上述关键技术,设计了 FlexE over WDM 网络路由规划子系统。该系统采用前后端分离架构,前端使用MVVM框架,后端则基于三层架构,实现了 FlexE业务管理功能,并针对FlexE技术特点,可视化呈现了 FlexE over WDM网络场景和FlexE Group实时业务分布,提高了 FlexE网络管理的效率。

关键词：灵活以太网波分复用网络共路由约束路由算法

应用于OTN芯片的高速FlexE aware接口设计与FPGA电路实现

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应用于OTN芯片的高速FlexE aware接口设计与FPGA电路实现

作者：吴波华中科技大学

学位级别：硕士

随着5G时代的到来,人们对5G承载网提出了更高的要求,面向5G不同应用需要提供更高的速率、更大的业务带宽以及更灵活的资源分配等等。但是在传统以太网中,其接口的传输速率固定的,不能提供带宽灵活的接口速率,为了满足高速大带宽传送、... 详细信息

随着5G时代的到来,人们对5G承载网提出了更高的要求,面向5G不同应用需要提供更高的速率、更大的业务带宽以及更灵活的资源分配等等。但是在传统以太网中,其接口的传输速率固定的,不能提供带宽灵活的接口速率,为了满足高速大带宽传送、带宽灵活配置等需求,光互联网论坛提出了灵活以太网(FlexE)技术,用来增强以太网接口的灵活性。本文在FlexE技术的基础上,针对FlexE业务在OTN中的aware传输模式,面向带宽灵活可配置问题进行时隙算法优化,然后完成FlexE aware高速以太网接口电路的设计。首先,面向不同应用需求,需灵活对带宽资源进行动态分配,本文改进优化了时隙分配方式:在FlexE标准接口架构的基础上,结合G.709协议,利用时分复用机制,对传输通道进行5G时隙颗粒的分割;然后,基于RAM阵列读写机制,改进了时隙分配算法,将任意业务带宽的数据利用桶型移位规则指定分配到多个5G颗粒时隙中,实现了业务数据与实例时隙的映射与解映射,从而实现业务数据的灵活分配,既满足5G不同应用的速率匹配,又能极大地节省了物理通道的传输带宽;进一步的,在时隙分配算法实现上,本文采用软硬协同设计,硬件实现时隙数据分配,软件实现算法及接口配置,既简化了时隙分配的硬件逻辑,又节约了电路面积,还满足5G速率的灵活性。接下来,基于改进的时隙分配算法,本文设计实现了高速FlexE aware数据处理发送端(TX)和接收端(RX)接口,包括以下核心子模块:读写控制子模块、RAM阵列缓存子模块、开销恢复/提取子模块和PAD增加/删除子模块。然后,本文搭建了UVM仿真验证平台,对本文设计的FlexE aware接口各子模块进行功能验证;最后,基于FPGA测试平台和发包器仪表对本文设计的接口模块发送模拟以太网数据包,进行接口的性能测试。功能验证和性能测试结果表明本接口设计实现了FlexE aware模式的数据处理能力,且当时钟频率为864MHz时,能够满足多个独立逻辑通道并行传送FlexE Group业务数据带宽达400G,且数据包丢失率为0。

关键词：灵活以太网时隙分配算法映射解映射 FPGA UVM

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多域FlexE网络的跨域业务流分配技术

多域FlexE网络的跨域业务流分配技术

作者：孙续航南京邮电大学

学位级别：硕士

随着互联网的不断发展,网络规模逐渐扩大,传统的网络架构扩展性差,无法满足剧增的业务需求。而传统的单一集中式或分布式路径计算单元(PCE)无法快速有效地计算跨域业务传输的路径。论文面向灵活以太网(FlexE)的跨域业务流分配,研究跨域... 详细信息

随着互联网的不断发展,网络规模逐渐扩大,传统的网络架构扩展性差,无法满足剧增的业务需求。而传统的单一集中式或分布式路径计算单元(PCE)无法快速有效地计算跨域业务传输的路径。论文面向灵活以太网(FlexE)的跨域业务流分配,研究跨域网络中的路径计算。首先,论文综合分析了跨域网络路径计算的技术需求,为FlexE网络引入基于SDN/NFV的多域网络模型,设计了分层的跨域路径计算流程。进一步扩展了路径计算单元通信协议(PCEP)以支持FlexE分组的编码,以便PCE控制跨域传输资源分配。其次,论文针对路径计算流程的最佳域序列设计目标,提出了结合FlexE的拟合圆策略和基于线性规划的多商品流优化(MCFO)策略,分析引入了域间链路时延和物理通道可用量的约束条件,选取最佳域序列。在此基础上,考虑FlexE的路径约束,提出了FlexE网络业务流的分配算法,以保障业务传输的服务质量。最后,论文设计了多域传输网络和跨域业务流的测例,基于Python开发了业务流分配的仿真程序,比较分析拟合圆策略和MCFO策略的问题求解效率。结果表明,拟合圆策略在小规模轻负载的多域网络中性能显著,而MCFO更适用于大规模重负载的多域网络。

关键词：多域网络灵活以太网跨域业务流分配拟合圆策略多商品流优化策略

面向新型电力系统用户侧互动的网络架构演进及发展思路

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综合智慧能源 2023年第2期45卷 69-76页

作者：张蒙晰位祺刘敏李疆生张文英金广祥郭慧芳国网经济技术研究院有限公司北京102209

在当前能源转型背景下,高比例新能源的并网及海量电子设备的接入导致电力系统中数据流量激增,对用户侧通信网络架构提出了新的要求。基于当前电力系统业务发展现状及业务通信需求,系统分析了支撑新型电力系统用户侧互动的灵活以太网(Fle... 详细信息

在当前能源转型背景下,高比例新能源的并网及海量电子设备的接入导致电力系统中数据流量激增,对用户侧通信网络架构提出了新的要求。基于当前电力系统业务发展现状及业务通信需求,系统分析了支撑新型电力系统用户侧互动的灵活以太网(FlexE)、多类别分级队列调度(HQoS)技术,阐述当前用户侧存在的安全问题。针对未来新型电力系统用户侧互动网络架构所面临的挑战给出了相应的发展建议,并系统梳理了网络架构演进过程,为建设新型电力系统通信网络提供技术支撑。

关键词：新型电力系统用户侧资源互动灵活以太网多类别分级队列调度电力系统通信网络

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基于5G的工业园5G+行业应用研究

广西通信技术 2023年第1期 29-33页

作者：阮丽彩覃晓霞官莹韦祖堂中国移动通信集团广西有限公司百色分公司广西百色5533000

基于5G三种典型应用和技术发展的特征,探讨了5G技术在垂直行业的实际应用。基于5G+行业智能应用需求,分析了铝业厂区智能应用,在5G+移动边缘计算商用网络中为客户解决生产过程中的问题,包括在5G环境下运行的云化自动导引车、数字李生平... 详细信息

基于5G三种典型应用和技术发展的特征,探讨了5G技术在垂直行业的实际应用。基于5G+行业智能应用需求,分析了铝业厂区智能应用,在5G+移动边缘计算商用网络中为客户解决生产过程中的问题,包括在5G环境下运行的云化自动导引车、数字李生平台、传送带智能检测、智慧安全生产平台、人工智能分析、智能安全帽、无人机智能巡检等,结合基于5G新基建环境下的工业互联网,为后续大规模5G行业应用建设及业务开通打下坚实的基础,为后期5G业务规模商用提供技术支持。

关键词：切片分组网络移动边缘计算灵活以太网云化自动导引车人工智能

FlexE物理层映射的研究及其在FPGA的实现

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FlexE物理层映射的研究及其在FPGA的实现

作者：祁亚超武汉邮电科学研究院

学位级别：硕士

5G业务具有多场景、差异化的特点,因此需要更大的吞吐量,更多的业务类型,并且拥有更高的效率。传统承载网在传输业务数据时,往往将业务全部混在物理层部署,而5G承载网为了提供面向垂直行业的应用需求,通过切片在同一物理网络对不同类型... 详细信息

5G业务具有多场景、差异化的特点,因此需要更大的吞吐量,更多的业务类型,并且拥有更高的效率。传统承载网在传输业务数据时,往往将业务全部混在物理层部署,而5G承载网为了提供面向垂直行业的应用需求,通过切片在同一物理网络对不同类型业务构建独立的端到端逻辑通道。作为硬切片技术之一的FlexE技术,由于其可以在物理层将不同速率的接口捆绑,将多业务承载在一个IP网络下,从而能解决多个高速接口成本过高的问题。而对每一种业务而言,网络带宽、服务质量、安全性等专属资源都可以得到充分保证。由于业务之间相互隔离,一个业务内的传输错误不会影响其他业务的通信。并且每个业务内的资源可以由客户自行管理。这样既保证了效率,又节约了成本,提高了系统的吞吐量,是5G发展中必不可少的一环。文章首先研究了FlexE协议,简单介绍了协议中定义的FlexE Shim层的组成和它的实现基础——100G BASE-R以太网PCS层,并围绕Caledar传输机制研究了FlexE的复用和解复用功能。在这个基础上,提出了FlexE Shim层映射至100G PHY的实现方案及功能模型。该功能模型将FlexE Shim层分解为几大功能模块:64B/66B编解码模块、速率匹配模块、基于Calendar机制的复用及解复用模块、开销的插入和提取模块。详细研究了灵活以太网在传输时的时隙分配及映射算法、高效率的读取、开销模块的传输以及对齐等。其后本文从信号的角度对各关键模块使用Verilog HDL语言进行逻辑设计,并用Questa Sim仿真工具对其进行仿真,通过PMA环回测试,完整的系统可以将MAC层不同速率和不同种类的业务分发至不同的时隙中传输,再统一映射至100G PHY。本设计对100G灵活以太网映射的研究及相关设备的开发具有较大的参考价值。

关键词：灵活以太网速率匹配 Calendar机制开销

基于TSN和FlexE的实时网络带宽资源重构机制研究与实现

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基于TSN和FlexE的实时网络带宽资源重构机制研究与实现

作者：张朝西安电子科技大学

学位级别：硕士

5G三大应用场景对数据传输时延、网络带宽、业务连接数以及通信可靠性等要求各不相同,作为基础网络,承载网必须要能够为不同的应用场景提供差异化的网络服务,以满足不同应用场景对承载网络的多元化需求。以太网技术的不断改进和提升,使... 详细信息

5G三大应用场景对数据传输时延、网络带宽、业务连接数以及通信可靠性等要求各不相同,作为基础网络,承载网必须要能够为不同的应用场景提供差异化的网络服务,以满足不同应用场景对承载网络的多元化需求。以太网技术的不断改进和提升,使其在承载网中的地位越来越重要,但是该技术目前仍然不能完全满足新业务对承载网的要求。针对这一问题,本文结合时间敏感网络技术（TSN）和灵活以太网技术（Flex E）,提出了一种能够增强以太网承载能力的实时网络带宽资源重构机制。本文首先对时间敏感网络的相关协议和灵活以太网的核心机制进行深入研究,详细介绍了时间敏感网络802.1Qav协议在保证实时性业务传输时的机制以及灵活以太网对网络底层带宽进行灵活切分的方法;然后在此基础之上,对灵活以太网核心机制存在的缺陷进行了优化,进一步拓展灵活以太网的应用场景;最后,根据5G新业务对承载网的新需求,结合时间敏感网与灵活以太网两种技术的优势,提出实时网络带宽资源重构机制。该机制能够在降低数据传输时延的同时,对网络底层的带宽资源进行灵活的分配,大大提升以太网对5G新业务的承载能力。为了检验实时网络带宽资源重构机制在降低数据传输时延和重构网络底层带宽的能力,我们在FPGA平台上搭建了实时网络带宽资源重构实验系统,并对该系统进行了时延和带宽分配测试。对测试结果的综合分析表明,本文所提出的实时网络带宽资源重构机制不但能够有效降低数据在以太网上的传输时延,而且能够对网络底层带宽进行灵活的分配,充分发挥了两种技术的优势,达到了预期效果,具有潜在应用价值,值得深入研究。

关键词： 5G 灵活以太网时间敏感网络时延带宽分配