5G and beyond need to meet stringent requirements of latency, reliability, and support for heterogeneous devices. However, the existing wireless network architecture is limited to fulfill these constraints. Cloud radio access network, along with network function virtualization, is suggested to provide flexibility and network agility. It decouples network functions, such as firewall and packet gateway, from hardware to software deployed in the cloud. Thus comprehensive end-to-end formulation of this architecture is required for virtual network function placement. Most of existing works focus on virtual functions placement with different objectives, addressing different service requirements separately. In this article, six 5G constraints are considered simultaneously to find optimal virtual network function placement with service differentiation. The selected six parameters reflect services’ requirements, network constraints and computing constraints. We first model the overall cloud radio access network as a multi-layer loopless-random hypergraph and we provide the overall formulation of the system. Then, we reformulate such model considering backup virtual functions and CPU over-provisioning techniques to improve both virtual function’s reliability and processing latency. Finally, we propose service differentiation to reduce CPU utilization and energy consumption, while using the above techniques. The results suggest that the application of service differentiation can significantly improve assignment of computing resources and energy efficiency.

中文翻译：

---

5G云无线接入网虚拟网络功能布局研究

5G 及更高版本需要满足对延迟、可靠性和异构设备支持的严格要求。然而，现有的无线网络架构仅限于满足这些约束。建议云无线接入网和网络功能虚拟化一起提供灵活性和网络敏捷性。它将防火墙和数据包网关等网络功能从硬件分离到部署在云中的软件。因此，对于虚拟网络功能的放置，需要对这种架构进行全面的端到端制定。现有的工作大多集中在具有不同目标的虚拟功能放置，分别解决不同的服务需求。在本文中，同时考虑了 6 个 5G 约束，以找到具有服务差异化的最佳虚拟网络功能布局。所选的六个参数反映了服务的要求、网络约束和计算约束。我们首先将整个云无线电接入网络建模为多层无环随机超图，并提供系统的整体公式。然后，我们考虑备份虚拟功能和 CPU 超额配置技术重新构建这种模型，以提高虚拟功能的可靠性和处理延迟。最后，我们提出了服务差异化以降低 CPU 利用率和能耗，同时使用上述技术。结果表明，服务差异化的应用可以显着提高计算资源的分配和能源效率。我们首先将整个云无线电接入网络建模为多层无环随机超图，并提供系统的整体公式。然后，我们考虑备份虚拟功能和 CPU 超额配置技术重新构建这种模型，以提高虚拟功能的可靠性和处理延迟。最后，我们提出了服务差异化以降低 CPU 利用率和能耗，同时使用上述技术。结果表明，服务差异化的应用可以显着提高计算资源的分配和能源效率。我们首先将整个云无线电接入网络建模为多层无环随机超图，并提供系统的整体公式。然后，我们考虑备份虚拟功能和 CPU 超额配置技术重新构建这种模型，以提高虚拟功能的可靠性和处理延迟。最后，我们提出了服务差异化以降低 CPU 利用率和能耗，同时使用上述技术。结果表明，服务差异化的应用可以显着提高计算资源的分配和能源效率。我们考虑备份虚拟功能和 CPU 超额配置技术重新制定这种模型，以提高虚拟功能的可靠性和处理延迟。最后，我们提出了服务差异化以降低 CPU 利用率和能耗，同时使用上述技术。结果表明，服务差异化的应用可以显着提高计算资源的分配和能源效率。我们考虑备份虚拟功能和 CPU 超额配置技术重新制定这种模型，以提高虚拟功能的可靠性和处理延迟。最后，我们提出了服务差异化以降低 CPU 利用率和能耗，同时使用上述技术。结果表明，服务差异化的应用可以显着提高计算资源的分配和能源效率。