基于SDN的C-RAN系统中资源调配方法

摘要

随着移动通信业务的发展，传统网络难以满足用户需求的增长，网络结构僵化、管理维护成本高企等问题也愈来愈突出。为提高网络频谱效率、能量效率、可靠性和可扩展性，业界提出了面向2020年之后的第五代移动通信系统(5th Generation Mobile CommunicationsSystem，5G)。相比已经广泛应用的长期演进系统(Long Term Evolution，LTE)，5G将提供更高的传输速率与更低的网络时延，网络结构更加灵活，也更易于升级和维护。
　　为提升5G系统的性能，云接入无线网络（Cloud Radio Access Network，C-RAN）、软件定义网络（Software Defined Network，SDN）、网络功能虚拟化(Network FunctionVirtualization，NFV)等技术相继被提出，出现了多种新型网络架构及其实现方案。其中，C-RAN与SDN/NFV相结合的网络架构，为实现网络功能与设备间解耦合、网络设备按需部署提供了可行性，并能提高网络部署、维护和升级的灵活性和可扩展性。
　　资源调度和配置是移动通信系统的重要研究内容，对提高系统吞吐率、资源利用率以及网络可扩展性等性能具有重要意义。本文基于SDN/NFV的基本原理和网络特性，对应用于C-RAN系统中的资源调配方法进行了研究，并提出了面向多业务、保障用户服务质量（Quality of Service，QoS）的无线资源分配方法和基于SDN编排调度的C-RAN系统抽象与资源配置方法。本文研究内容主要包括以下3个方面:
　　(1)对SDN系统架构进行了研究，总结了目前SDN技术应用于移动通信系统亟须解决的问题;介绍了传统SDN网络、软件定义无线网络架构及其关键技术，并对NFV技术原理及其应用于移动通信系统中的多种虚拟化方案进行了介绍和比对。
　　(2)对比了C-RAN与传统网络架构的区别，针对C-RAN网络的用户下行接入过程和无线资源分配的基本原则，提出了一种多业务QoS带宽分配算法，在保障系统吞吐率的同时兼顾用户QoS需求，体现资源分配的用户间公平性。该算法面向多个用户，综合可用带宽资源、业务优先级等级和速率要求等条件，为不同类型业务配置权重系数，并在带宽分配过程中进行调整，以满足可用带宽、请求速率限制并提高系统吞吐率。仿真结果表明，该算法体现了业务间差异性，并保障了系统吞吐率。
　　(3)基于SDN/NFV的网络抽象和虚拟化原理，针对C-RAN系统数据处理中心与无线端资源配置问题，提出了2种用于描述C-RAN系统基带处理单元(Baseband Unit，BBU)池计算资源与无线单元间的动态映射方法。通过将BBU与无线接入模块抽象为虚拟端口，隐藏网络设备的具体信息，由位于网络上层的编排器对各端口进行统一的资源调度，并发送配置结果和更新后的网络状态至控制器确定相应的物理连接。仿真结果表明，动态映射方法较传统固定连接降低了用户请求阻塞率，同时提高了BBU计算资源利用率，并在不同系统配置条件下具有良好的适应性。

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摘要

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缩略词表

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第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 软件定义网络研究现状和标准化进展

1．3 本文研究内容

1．4 论文组织

第二章 软件定义网络技术概述

2．1 SDN的体系架构

2．1．1 传统SDN结构

2．1．2 软件定义无线网络架构

2．2 SDN关键技术

2．3 NFV技术及其对无线网络架构的影响

2．3．1 网络功能虚拟化基本原理

2．3．2 移动通信系统中的网络虚拟化

2．4 本章小结

第三章 一种基于SDN的C-RAN下行带宽分配算法

3．2 C-RAN系统模型

3．2．1 C-RAN系统结构

3．2．2 下行接入过程

3．3 基于SDN的C-RAN下行带宽分配算法

3．3．1 吞吐率、QoS和用户间公平性

3．3．2 带宽分配的优先级模式算法及流程

3．3．3 带宽分配的业务权重算法及流程

3．4 仿真结果及分析

3．4．1 仿真场景和参数设置

3．4．2 仿真结果与分析

3．5 本章小结

第四章 基于SDN／NFV的C-RAN系统抽象和资源配置方法

4．1 引言

4．2 系统模型

4．3 RRU与BBU的静态配置方法

4．4 基于网络抽象和虚拟化的BBU映射方法

4．4．1 动态连接模型及流程

4．4．2 虚拟动态连接模型及流程

4．5 仿真结果及分析

4．5．1 仿真1：抽象模型的实现和对比

4．5．2 仿真2：抽象模型在不同配置条件下的适应性对比

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 进一步的研究工作

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究工作及成果