本篇文章由布朗大學(xué)和微軟的研究者合作完成。在本篇中，他們提出了一個基于靜態(tài)分類的系統(tǒng)，用來預(yù)測一個流進(jìn)入廣域網(wǎng)（WAN）時會通過的對等鏈路（peering link）——TIPSY。

背景

在實際中，大型云和內(nèi)容提供商通常會使用對等鏈路連接廣域網(wǎng)和其他網(wǎng)絡(luò)。這些運(yùn)營商必須要時刻注意對等鏈路中斷，提供充足的流量速率來避免擁塞（congestion）。目前來說，網(wǎng)絡(luò)管理員很難通過BGP提供的方法控制流量進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時通過的路徑，因為例如MED和ASpath屬性都是粗粒度和啟發(fā)式的，往往會被AS給忽略。其中在WAN中緩解擁塞的一種方式是有選擇地撤銷對鄰居的路由宣告來使得流量能夠被重新分配到具有空閑capacity的路由器。

設(shè)計

但是，盲目地撤銷路由宣告有可能會擴(kuò)大擁塞的范圍，因此在本文中，作者使用TIPSY來預(yù)測給定流量最有可能經(jīng)過的對等鏈路。在設(shè)計算法時，作者的目標(biāo)是高準(zhǔn)確度，低代價和高推斷速度。在模型訓(xùn)練的過程中，作者首先通過那些具有更加具體特征的模型來訓(xùn)練，這些模型往往會被記錄得更細(xì)節(jié)，也就是說模型中記錄的具體的流對于未來的分配更有指導(dǎo)意義；在此之后，通過遷移學(xué)習(xí)從具有較少特征的模型上進(jìn)行學(xué)習(xí)。這些模型的參考價值往往是對于一個流，如果它與另一個流相似，那么對它的操作也許會與對另一個流的操作相似。 整個執(zhí)行過程是擁塞緩解系統(tǒng)（congestion mitigation system）周期性地尋找擁塞事件，當(dāng)它尋找到相應(yīng)事件之后，它會向TIPSY傳遞可能撤銷的通告候選者（candidates）和可能會被影響到的一組流。在此之后TIPSY會告知會被影響到的MIN、MAX、LIKELY peering flow，之后系統(tǒng)基于這些信息決定是否進(jìn)行路由通告撤銷。

性能評估

本文將TIPSY部署至Azure WAN后，證明了當(dāng)在進(jìn)行了路由通告撤銷后，TIPSY預(yù)測3條會接收到最多流量的對等鏈路的準(zhǔn)確率不低于76%。與此同時，TIPSY可以被用來分析單個對等路由、單個路由器或單個站點(diǎn)的中斷風(fēng)險，或者通過de-peering來降低那些使用量較小的peer的開銷。

個人觀點(diǎn)

本文創(chuàng)新性地將網(wǎng)絡(luò)路由決策與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合，對廣域網(wǎng)的路由撤銷提供了一個非常有趣的解決方案。但是我想要知道在進(jìn)行路由撤銷時，TIPSY是否能夠支持較小粒度的撤銷。例如對于給定的/10的網(wǎng)絡(luò)，能否將撤銷范圍減小至/24甚至更小，這樣較小粒度的撤銷范圍個人感覺對整體網(wǎng)絡(luò)的變動不會特別大，也能盡可能保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

Network Entitlement: Contract-based Network Sharing with Agility and SLOGuarantees

Satyajeet Singh Ahuja, Vinayak Dangui, Kirtesh Patil, Manikandan Somasundaram, Varun Gupta, Mario Sanchez, Guanqing Yan, Max Noormohammadpour, Alaleh Razmjoo, Grace Smith, Hao Zhong, Abhinav Triguna, Soshant Bali, Yuxiang Xiang, Yilun Chen, Prabhakaran Ganesan, Mikel Jimenez Fernandez, Petr Lapukhov (Meta Platforms, Inc.), Guyue Liu (New York University Shanghai), Ying Zhang (Meta Platforms, Inc.)

背景

這篇文章由Meta研究發(fā)表。本文介紹了Meta為了應(yīng)對數(shù)據(jù)量爆炸增長，共享網(wǎng)絡(luò)會導(dǎo)致流互相影響，容量不足、行為不端的服務(wù)增多等問題，提出的生產(chǎn)型廣域網(wǎng)(WAN)的授權(quán)解決方案。其中，在Meta的服務(wù)對象中，存在不同的QoS等級以及不同的流量模式。同時，行為不當(dāng)?shù)姆?wù)導(dǎo)致中斷服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)需求增長速度快得多，大約比我們的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)能力快30\%，而網(wǎng)絡(luò)建設(shè)能力從根本上受到日益稀缺的光纖資源的限制。由于以上問題的出現(xiàn)，需要一種有效規(guī)劃、管理和運(yùn)營共享網(wǎng)絡(luò)資源的新解決方案。

設(shè)計

框架包括兩個關(guān)鍵部分: (1)一個網(wǎng)絡(luò)授權(quán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)建立一個敏捷契約來同時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)效率和長期的SLO保證;(2)一個在生產(chǎn)流量上執(zhí)行合約的，大規(guī)模分布式實時執(zhí)行系統(tǒng)。 授權(quán)合同(Entitlement Contract):授權(quán)合同是網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊與服務(wù)團(tuán)隊各網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品組(network Product Group，簡稱NPG)之間達(dá)成的協(xié)議。授權(quán)包括以下四個步驟。 預(yù)測服務(wù)需求，主要包含兩個部分，有機(jī)變化（和時間相關(guān)的變化）和無機(jī)變化（除有機(jī)變化外的其他變化），系統(tǒng)主要對這兩部分進(jìn)行預(yù)測。 使用基于軟管的合同表示，關(guān)鍵思想是將給定軟管分成兩個或多個分段軟管，每個分段覆蓋部分目標(biāo)區(qū)域的子集。 合同批準(zhǔn)，包含兩個批準(zhǔn)過程，實現(xiàn)長期SLO保證，以及實行強(qiáng)制的優(yōu)先級，其實現(xiàn)過程如下圖

最后對當(dāng)前期間的已批準(zhǔn)合同需要在生產(chǎn)流量上強(qiáng)制執(zhí)行。 其強(qiáng)制執(zhí)行通過實現(xiàn)分布式的帶寬管理器系統(tǒng)完成，如下圖所示。在分布式系統(tǒng)中，我們的終端主機(jī)只將數(shù)據(jù)包分類并標(biāo)記為不同的類，即合格或不合格，并將最終的決定留給硬件交換機(jī)，這個操作簡化了終端代理，因為它只標(biāo)記流量而不是塑造流量，所需的資源要少得多。

其中執(zhí)行代理由一個用戶空間組件和一個內(nèi)核組件組成，如下圖所示。用戶空間組件負(fù)責(zé)查詢集中式合同數(shù)據(jù)庫并監(jiān)控流量率，并標(biāo)記不合格流量。內(nèi)核組件將相應(yīng)操作應(yīng)用于流量上。我們使用伯克利包過濾器（BPF）程序來完成。所有操作被編程在BPF映射中，BPF程序查詢在出口期間這些映射，并將相應(yīng)的動作應(yīng)用于流上

實驗評估

文章每隔幾個月對生產(chǎn)現(xiàn)場流量進(jìn)行一次演練測試，以確保運(yùn)行時強(qiáng)制系統(tǒng)的正確性。其選擇了最大服務(wù)之一的Coldstorage作為測試服務(wù)。其收集了網(wǎng)絡(luò)級和應(yīng)用程序級統(tǒng)計數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)級統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)包丟失、流量速率、往返時間（RTT）和TCP統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。應(yīng)用程序級統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括讀取延遲、寫入延遲和塊錯誤。結(jié)果如下圖。可以看出該系統(tǒng)能夠在高效利用網(wǎng)絡(luò)的情況下，確保合格流量的性能。在應(yīng)用表現(xiàn)上，讀延遲小，寫延遲大。

個人觀點(diǎn)

我認(rèn)為這篇文章要點(diǎn)在于使用了網(wǎng)絡(luò)授權(quán)系統(tǒng)來同時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)效率和長期的SLO保證。由于Meta公司具有大量的數(shù)據(jù)量和應(yīng)用需求，它能夠根據(jù)實際用戶的需求進(jìn)行詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化。使用分段軟管的方式增強(qiáng)了整個系統(tǒng)的靈活度。實驗方面也在實際的場景中運(yùn)行，考慮維度較齊全。同時，文章最后也根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)提出了一些相關(guān)領(lǐng)域的一些問題，給其他科研者進(jìn)行參考。我個人比較好奇在于這樣的協(xié)議在其他的大型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，是否也能達(dá)到好的效果，也就是這個算法設(shè)計的適用性如何。

SDN in the Stratosphere: Loon's Aerospace Mesh Network

Frank Uyeda, Marc Alvidrez, Erik Kline, Bryce Petrini, Brian Barritt, David Mandle, Aswin Chandy Alexander (Loon LLC)

背景

本文主要介紹了在三大洲使用Loon網(wǎng)絡(luò)的三年運(yùn)營經(jīng)驗。 谷歌于2011年成立Loon項目，目的在于為世界上未被網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)的地區(qū)提供連接，其首次部署的服務(wù)目標(biāo)是最大限度地提高在肯尼亞39334平方公里農(nóng)村地區(qū)的4G LTE數(shù)據(jù)覆蓋率。 由于部署成本高，收入潛力有限，傳統(tǒng)的運(yùn)營商幾乎沒有動力為邊遠(yuǎn)地區(qū)的低密度人群提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。由于在這些地區(qū)部署地面LTE蜂窩塔十分昂貴，Loon項目通過在漂浮于距離地面15-18公里的氣球上部署扇形天線和基站，為沒有辦法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接的人群帶來負(fù)擔(dān)得起的網(wǎng)絡(luò)連接。

設(shè)計

項目中Loon面臨著氣球的運(yùn)動和位置，可用電源，無線電收發(fā)機(jī)性能，以及協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)等挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，Loon開發(fā)了一個名為“Minkowski”的時空SDN控制器，負(fù)責(zé)集中規(guī)劃和啟動回程網(wǎng)絡(luò)。除了路由等其他傳統(tǒng)SDN功能外，TS-SDN還負(fù)責(zé)確定無線電資源分配和無線鏈路選擇。TS-SDN的核心是能夠模擬物理世界的三維幾何結(jié)構(gòu)和射頻傳播，從而預(yù)測節(jié)點(diǎn)移動和大氣條件隨著時間的變化。其在Google數(shù)據(jù)中心運(yùn)行，通過控制數(shù)據(jù)平面接口（CDPI）向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送更新和計劃，以此來確定網(wǎng)絡(luò)。具體的邏輯數(shù)據(jù)流如下圖。

由下圖可以看出，鏈路重新配置是有風(fēng)險的，因為它們經(jīng)常失敗，恢復(fù)成本很高。Loon的經(jīng)驗表明，將物理世界的模型納入TS-SDN的邏輯網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，與嚴(yán)格的反應(yīng)式方法相比，在5分鐘內(nèi)恢復(fù)的路線的平均恢復(fù)時間減少了37.8%。 文章偏向于選擇高效用鏈路，并通過偏向于保持已建立鏈路的拓?fù)鋪斫档妥兓省Ｍ瑫r，文章提出，MANET路由協(xié)議在適應(yīng)拓?fù)渥兓矫娣浅Ｓ行В紤]到中斷傾向和潛在的長恢復(fù)時間，建議網(wǎng)絡(luò)工程師考慮將預(yù)測方法納入NTN協(xié)調(diào)。

為了回程數(shù)據(jù)，Loon采用了混合網(wǎng)絡(luò)控制平面來平衡性能和可靠性，同時組織了一個移動的點(diǎn)對點(diǎn)無線鏈路網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，將氣球相互連接并連接到地面基礎(chǔ)設(shè)施。 混合網(wǎng)絡(luò)控制平面： TS-SDN控制器使用三個控制平面的層次結(jié)構(gòu)配置氣球路由器，如下圖。

每個氣球控制平面層的能力都比前一層來得高，命令延遲從幾分鐘下降到幾毫秒。然而，隨著能力的提高，可靠性下降。 氣球0層：Satcom。為了將斷開的氣球引導(dǎo)到網(wǎng)絡(luò)中，最底層的控制平面使用了兩個商業(yè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。TS-SDN在計算了未來一段時間的拓?fù)浜螅瑢⒙?lián)系衛(wèi)星消息中繼服務(wù)器，并傳遞一個氣球節(jié)點(diǎn)與另一氣球或地面站建立連接所需的最小信息量。 氣球?qū)?：MANET。一旦建立了鏈路層連接，Loon就使用基于AODV的協(xié)議batman-adv來傳遞控制平面消息。自組織路由域從地面站延伸到氣球，并在連接的氣球之間延伸。 氣球?qū)?：SDN。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和TS-SDN使得氣球中的站點(diǎn)能夠?qū)?nèi)數(shù)據(jù)平面進(jìn)行編程，以響應(yīng)來自節(jié)點(diǎn)管理和LTE控制應(yīng)用的請求。 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)： 使用移動的長距離定向點(diǎn)對點(diǎn)天線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)帶，幾乎所有元素都會隨時間變化，這些元素必須被顯式建模或檢測。系統(tǒng)需要在其觀測值與建模條件相矛盾時進(jìn)行檢測和調(diào)整。面對短時間尺度的變化，Loon在TS-SDN中模擬運(yùn)動，并在未來的特定點(diǎn)執(zhí)行命令，使其能夠使用預(yù)測的指向向量和預(yù)期的信號強(qiáng)度。

難點(diǎn)

最后，文章提出對Loon的可解釋性依舊存在困難的地方，由于對時間和空間動態(tài)過程結(jié)合的需要，TS-SDN的使用是必要的，這同時也導(dǎo)致難以對結(jié)果進(jìn)行推理。 有三個主要方面：1）系統(tǒng)的狀態(tài)如何？2） 系統(tǒng)是如何達(dá)到這種狀態(tài)的？3） TS-SDN為什么選擇這種特定的拓?fù)渑渲茫? 通過建立查看日志，我們可以嘗試回答前面兩個問題。對于第三個問題，雖然求解器有確定性，但它是迭代的，并且依賴于大量異步數(shù)據(jù)源，它的拓?fù)浣馐菚r間相關(guān)的。文章也同樣提出了一些解決該問題的觀察和建議。可視化系統(tǒng)的建立有助于了解網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前狀態(tài)，但需要改進(jìn)求解器，以將單個命令與計劃的拓?fù)湎嚓P(guān)聯(lián)。

個人觀點(diǎn)

Loon項目是一個關(guān)注邊遠(yuǎn)地區(qū)的大型項目，我相信這個項目的建立一定給該地區(qū)的人群帶來了巨大的網(wǎng)絡(luò)上的變化，使用科技帶來非常實際有利的影響。 在具體實現(xiàn)方面，我認(rèn)為通過使用氣球部署基站，避免邊遠(yuǎn)地區(qū)地理限制的問題是一個創(chuàng)新點(diǎn)。并為了解決移動基站的問題，提出建立移動的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)。同時在TS-SDN控制器，引入物理模型進(jìn)行建模和預(yù)測，也是與實際問題適配的有效解決方案。文章最后，也對當(dāng)前項目的不足提出了想法。由于個人水平有限，對整個系統(tǒng)還未有更深入的理解。該項目在未來的優(yōu)化和使用情況也令人十分關(guān)注。

Software-defined Network Assimilation:Bridging the Last Mile Towards CentralizedNetwork Configuration Management with NAssim

Huangxun Chen (Huawei Theory Lab), Yukai Miao (University of New South Wales), Li Chen (Zhongguancun Laboratory), Haifeng Sun (Beijing University of Posts and Telecommunications), Hong Xu (Chinese University of Hong Kong), Libin Liu (Shandong Computer Science Center), Gong Zhang (Huawei Theory Lab), Wei Wang (HKUST (Guangzhou)

本文由華為理論實驗室和中關(guān)村實驗室以及北京郵電大學(xué)、香港中文大學(xué)等多所高效合作完成。文章提出了一種智能高效的將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（例如，遺留設(shè)備和來自新供應(yīng)商的設(shè)備）引入現(xiàn)有集中控制SDN網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)NAssim。

背景

將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備引入現(xiàn)有集中控制的SDN網(wǎng)絡(luò)的的過程定義為軟件定義的網(wǎng)絡(luò)同化(SNA)。SNA對網(wǎng)絡(luò)操作(NetOps)團(tuán)隊來說是一個痛苦的問題，因為需要大量的專家經(jīng)驗來彌合新設(shè)備的配置模型和SDN控制器中的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型之間的差距。目前的SNA方法需要大量的人力努力，而且容易出錯。因此，作者提出了NAssim，用于幫助NetOps加速吸收一個新設(shè)備到SDN網(wǎng)絡(luò)的過程。

挑戰(zhàn)

1）人工配置的差異性：設(shè)備的用戶手冊是提取其配置模型的最可靠的來源，特別是對于只有命令行語句的遺留設(shè)備。然而，不同的供應(yīng)商會對自家的用戶手冊進(jìn)行組織和格式化。因此，我們需要一個統(tǒng)一的解析框架來從手冊中提取配置模型。 2）配置錯誤和歧義：用戶手冊是唯一學(xué)習(xí)來源，但仍然會包含許多錯誤和歧義，即設(shè)備實際行為可能手冊中沒有完全說明，因此僅從手冊進(jìn)行解析是不夠的。為了驗證和正確所解析的模型，我們必須尋找一種有效的方法來識別潛在錯誤和修正歧義。（這一點(diǎn)Hoyan也提到過，修正方法類似，通過實際部署結(jié)果來調(diào)整學(xué)習(xí)模型） 3）配置模型之間的異構(gòu)性：不同供應(yīng)商的配置數(shù)據(jù)模型是不同的。將它們映射到UDM是一項具有挑戰(zhàn)性的工作，而且，我們認(rèn)為，必須涉及使用自然語言處理(NLP)技術(shù)來從用戶手冊中的CLI命令的自然語言描述中學(xué)習(xí)。

設(shè)計

NAssim的架構(gòu)包含一個統(tǒng)一的解析器框架：來解析不同的設(shè)備用戶手冊到初步配置模型；一個嚴(yán)格的驗證器：驗證模型的正確性通過正式的語法分析，模型層次驗證和經(jīng)驗數(shù)據(jù)驗證；以及一個基于深度學(xué)習(xí)的映射算法：使用最先進(jìn)的神經(jīng)語言處理技術(shù)來產(chǎn)生經(jīng)過驗證的配置模型和SDN控制器之間的人類可理解的推薦映射。宏觀上來看，NAssim通過直接從設(shè)備手冊中學(xué)習(xí)配置規(guī)則，從而生成SDN控制器和人類專家都能理解的數(shù)據(jù)模型，從而將網(wǎng)絡(luò)管理者從繁瑣的程序操作任務(wù)中解放出來。

討論

NAssim的設(shè)計是由于網(wǎng)絡(luò)配置管理中的實際挑戰(zhàn)。大多數(shù)企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)具有多供應(yīng)商的性質(zhì)，在目前的NetOps實踐中，通常在上層網(wǎng)絡(luò)功能（北向）和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（南向）之間設(shè)有一個軟件定義的控制器。SDN控制器的南下方向使異構(gòu)設(shè)備對北上方向透明。例如，如果一個網(wǎng)絡(luò)功能需要更改BGP協(xié)議的AS number，控制器應(yīng)該執(zhí)行統(tǒng)一的正確的配置命令將更改應(yīng)用于目標(biāo)設(shè)備上，即修改行為希望是供應(yīng)商無關(guān)的。而這需要大量學(xué)習(xí)多供應(yīng)商的設(shè)備配置模型到中央控制器中。NAssim也是試圖加速和高效化這一過程。 從更廣泛的角度來看，網(wǎng)絡(luò)同化背后的基本研究問題是識別網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的語義等價性。NAssim是在軟件定義的網(wǎng)絡(luò)集中式配置管理上下文中解決這個問題的初步努力。簡而言之，NAssim的目標(biāo)是識別在控制器中的多供應(yīng)商設(shè)備模型和統(tǒng)一設(shè)備模型之間具有等效配置效應(yīng)的命令和參數(shù)。此外，在傳統(tǒng)路由器/交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)之外的其他網(wǎng)絡(luò)場景中，處理異構(gòu)化統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)范式也是一大趨勢和具有研究意義的方向，即物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的語義互通性。

個人觀點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)同化是大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)管理中難以避免的一大難題，該文章針對此問題在集中式控制場景下提出了一套高效網(wǎng)絡(luò)管理范式，有效解決了異構(gòu)設(shè)備的融合困難。現(xiàn)階段各廠商在設(shè)備功能上對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實現(xiàn)只需遵循語義一致性，而其使用的數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)上存在很大差異，這樣的異構(gòu)設(shè)備間的語義轉(zhuǎn)換極大程度依賴于人的理解，且耗時耗力。所以該文章不僅在智能化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理上利用人工智能模型有效減小了管理難度，還著重討論了網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一化范式的趨勢，這個一個有意義且能有效提高網(wǎng)絡(luò)智能管理水平的方向，這不僅對網(wǎng)絡(luò)同化有益，更對于網(wǎng)絡(luò)驗證，診斷和修復(fù)問題都有助益。

A Case for Stateless Mobile Core Network Functions in Space

Yuanjie Li, Hewu Li, Wei Liu, Lixin Liu, Yimei Chen, Jianping Wu, Qian Wu, Jun Liu, Zeqi Lai (Tsinghua University)

本篇文章由清華大學(xué)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與網(wǎng)絡(luò)空間研究院和北京信息科學(xué)與技術(shù)國家研究中心的研究者合作完成。在本篇中，作者討論了推動移動核心網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)入近地軌道(LEO)超級衛(wèi)星星座( satellite mega-constellations)的價值和通過無狀態(tài)移動核心網(wǎng)絡(luò)(stateless mobile core network)實現(xiàn)這個目標(biāo)的方法。

背景

雖然移動網(wǎng)絡(luò)的受眾已經(jīng)十分廣泛，但它們在偏遠(yuǎn)地區(qū)和特殊地域的覆蓋面還是很窄，使用者也很少，部署這些網(wǎng)絡(luò)的地面基礎(chǔ)設(shè)施也容易遭到自然和人為因素的破壞。因此將移動網(wǎng)絡(luò)推向太空似乎是一個有可能的解決方案，目前運(yùn)營商和電信業(yè)也開始嘗試使用移動衛(wèi)星和高層次功能(high-layer)的衛(wèi)星。即便如此，將移動核心功能推向太空仍有爭議，因為目前的5G網(wǎng)絡(luò)功能主要是為領(lǐng)土用途設(shè)計的。研究表明，與固定的地面基礎(chǔ)設(shè)施不同，這些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無法在太空中良好運(yùn)行，低軌道衛(wèi)星在不可靠、不可信的外層空間的全球范圍內(nèi)快速移動，這對如今的有狀態(tài)的移動核心網(wǎng)絡(luò)功能造成了挑戰(zhàn)，面臨著空間-地面不對稱性的瓶頸、觸發(fā)快速移動的服務(wù)區(qū)，從而耗盡靜態(tài)UE的信令成本、不可靠外太空帶來的敏感狀態(tài)的泄漏和故障。

設(shè)計

作者認(rèn)為，上述問題都根源于5G的有狀態(tài)移動核心網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計。因此，他們提出了一個無狀態(tài)的、去中心化的、輕量級移動核心網(wǎng)絡(luò)功能。他們提出了SpaceCore這樣一個解決方案，保留用于流量交付、移動性、QoS的運(yùn)營商級別的服務(wù)和解決了功能狀態(tài)解耦后的計費(fèi)和安全問題。 SpaceCore由遠(yuǎn)程地面家園( remote terrestrial home)、作為分散核心的低地軌道衛(wèi)星和UE組成。遠(yuǎn)程地面家園是一個傳統(tǒng)的移動核心，運(yùn)行所有的控制功能。它將空間基礎(chǔ)設(shè)施與傳統(tǒng)的地面移動網(wǎng)絡(luò)無縫整合在一起;允許運(yùn)營商在推送核心功能時保留其完全控制權(quán)以及作為向UE推送會話狀態(tài)時的信任源。 分散的聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星將數(shù)據(jù)功能和網(wǎng)關(guān)從遠(yuǎn)程地面站推送至邊緣，從而消除了空間-地面不對稱的瓶頸。衛(wèi)星可以通過衛(wèi)星間鏈路（ISL）轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)和信令流量。SpaceCore將會話狀態(tài)與衛(wèi)星的數(shù)據(jù)功能解耦。衛(wèi)星在會話建立或移動事件中直接從本地UE中獲取狀態(tài)。

性能評估

使用公開的可操作5G和衛(wèi)星數(shù)據(jù)集(operational 5G and satellites datasets)在可擴(kuò)展性、性能和對攻擊的復(fù)原性上對SpaceCore和四個衛(wèi)星解決方案進(jìn)行了比較評估。結(jié)果顯示SpaceCore相比與其他解決方案對信令成本降低了一至兩個數(shù)量級，通過轉(zhuǎn)移到地理空間服務(wù)區(qū)來減少狀態(tài)遷移，并通過設(shè)備即存儲庫( device-as-the-repository)來實現(xiàn)狀態(tài)的本地化管理，以減少故障/攻擊。

個人觀點(diǎn)

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)也是網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一個熱門話題，因為我認(rèn)為這不僅關(guān)系到每個國家人民的生活質(zhì)量，也關(guān)系到每個國家的軍事水平，甚至對全世界的發(fā)展都能夠產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。這篇文章提出的一個背景其實就是目前5G的盛行。之前5G對我來講也許僅僅是移動設(shè)備上傳下載速度的顯著增強(qiáng)，在了解了這篇文章的工作之后，才明白對于太空網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域5G也有著十分重要的作用。但就目前來說，文章中提到5G雖然也開始拓展對于衛(wèi)星的支持，但其架構(gòu)由于“向后兼容”的要求不會發(fā)生顯著的改變。因此，對于低地軌道超大型衛(wèi)星的發(fā)展來說，5G及以后的本地?zé)o狀態(tài)架構(gòu)將是十分必要的。 審核編輯：郭婷