移动通信网络切片的资源映射

摘要

近年来，随着人工智能与物联网技术的迅速发展，催生出大量丰富的移动新应用和新业务场景，给5G及B5G（Beyond5G）系统提出更多、更高要求，例如超可靠低时延，海量连接等，给未来移动通信系统带来前所未有的挑战。为了应对这些挑战，工业界与学术界普遍寄希望于网络架构的创新，其中网络切片被认为是下一代移动通信系统中最为关键的一项技术创新。考虑到切片资源需求的差异性和底层物理网络的资源特点，在资源受限的网络中做切片资源映射的研究是一个极具挑战的问题。 第一部分研究了引入MEC的接入网环境下切片资源映射问题。为了降低时延和减小回传链路的开销，5G将在移动网络的边缘部署大量MEC服务器。而利用NFV等技术，可以将部分切片网络功能下沉至移动接入网，达到提高切片时延、容量等性能的目的。因此，MEC环境下接入网切片映射问题不仅要考虑基站的资源，同时也要考虑MEC服务器资源。基于此，本文定义了接入网切片资源映射代价函数，该代价综合考虑到了基站和MEC的资源。然后以最小化切片映射总代价为目标建立最优化模型。考虑到该模型的NP难性质，本文采用基于经典遗传算法的方法求解，最后通过计算机仿真验证该方案在映射代价、映射失败率、资源利用率、收敛性等方面的性能优势。 第二部分研究了引入MEC的接入网环境下动态切片资源重映射问题。考虑到切片业务量在其生命周期不断变化的特点，本文对接入网切片资源重映射进行研究。首先引入服务降级函数刻画切片服务质量与资源拥有量之间的关系，然后引入切片迁移代价刻画切片迁移对服务质量带来的影响。基于这两方面因素，本文以最小化资源重映射过程中总服务降级为目标建立最优化模型。由于该模型属于非线性混合整数规划，直接求解十分困难，因此本文综合采用支配变量判决法、序列二次规划、单纯形等算法对其求解。仿真结果表明，与Semi-Dynamic和Remapping方案相比，该方案可以实现服务降级和迁移代价两方面性能折中。 第三部分研究了基于虚拟化技术的移动核心网切片资源映射。充分考虑到切片的资源隔离特性，将核心网切片抽象为一条VNF链，然后建立以最小化映射代价为目标的最优化模型。接着将该模型分解为节点计算资源和链路带宽资源映射两部分分别求解，其中第一部分采用动态规划方法，第二部分采用最小费用最大流算法进行求解。最后通过计算机仿真验证本文所提算法的正确性和有效性。 本文对移动通信网络切片这一新概念进行研究，并建立起移动接入网和核心网切片资源映射模型，为网络切片的资源映射问题提供新思路。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1背景

1.1.2意义

1.2国内外研究现状

1.2.1网络切片架构研究现状

1.2.2移动网络切片资源映射研究现状

1.3主要研究内容及贡献

1.4结构和章节安排

第二章 面向服务的接入网切片资源映射

2.1引言

2.2问题描述

2.3接入网切片资源映射问题建模

2.3.1映射代价

2.3.2资源映射建模

2.4问题求解

2.4.1染色体编码

2.4.2适应函数

2.4.3可行性检测

2.4.4遗传算子

2.4.5终止规则

2.4.6GASM算法流程

2.5仿真验证与性能评估

2.5.1参数设置

2.5.2对比算法

2.5.3性能指标

2.5.4仿真结果分析

2.6本章小结

第三章 接入网动态切片资源重映射

3.1引言

3.2问题描述

3.3接入网切片动态资源重映射问题建模

3.3.1服务降级函数

3.3.2切片资源重配置建模

3.4问题求解

3.4.1问题分析与简化

3.4.2问题分解

3.4.3松弛模型求解

3.4.4基站映射

3.4.5资源分配

3.4.6重映射算法

3.5仿真验证与性能评估

3.5.1参数设置

3.5.2对比算法

3.5.3性能指标

3.5.4仿真结果分析

3.6本章小结

第四章 移动核心网切片资源映射

4.1引言

4.2问题描述

4.3核心网切片映射建模

4.4问题求解

4.4.1基于动态规划的节点计算资源映射算法

4.4.2基于最小费用最大流的链路映射算法

4.4.3切片映射算法

4.5仿真验证与性能评估

4.5.1参数设置

4.5.2对比算法

4.5.3性能指标

4.5.4仿真结果分析

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2未来展望

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士期间的科研项目和成果