一种无线接入网中的网络切片优化方法技术

本发明专利技术涉及一种无线接入网中的网络切片优化方法，属于移动通信领域，其包括如下步骤：步骤一、结合成本、服务隔离和回程容量约束，构建组合和非凸优化模型；步骤二、采用迭代自适应启发式概率搜索算法理论，对于所述模型使用模拟退火优化算法进行求解。本发明专利技术是针对无线虚拟资源分配机制的网络资源优化分配方法，通过SDN技术，实现控制和转发的分离，利用网络控制平面来感知和调度网络资源。基于SDN和网络切片支持定制端到端的服务，根据网络业务需求创建独立且相互隔离的虚拟网络，动态调配网络中的硬件资源，使得多个虚拟网络共用一个物理网络，实现网络硬件资源的共享。

An Optimal Method of Network Slice in Wireless Access Network

The invention relates to a network slicing optimization method in wireless access network, which belongs to the field of mobile communication. It includes the following steps: first, combining cost, service isolation and backhaul capacity constraints, constructing a combined and non-convex optimization model; second, adopting the theory of iterative adaptive heuristic probability search algorithm to solve the model using simulated annealing optimization algorithm. \u3002 The invention is a network resource optimization allocation method aiming at wireless virtual resource allocation mechanism, realizes the separation of control and forwarding through SDN technology, and senses and dispatches network resources by using network control plane. Based on SDN and network slice, end-to-end services are customized. Independent and isolated virtual networks are created according to network business requirements. Hardware resources in the network are dynamically allocated, so that multiple virtual networks share a physical network and realize the sharing of network hardware resources.

【技术实现步骤摘要】
一种无线接入网中的网络切片优化方法
本专利技术涉及一种无线接入网中的网络切片优化方法，属于移动通信领域。
技术介绍
随着智能电网与物联网的融合与发展，电力系统设备开始变得更加智能化和现代化。加上移动终端技术、通信技术和传感技术的快速发展，可穿戴设备开始出现，提高了运维的智能化水平。可穿戴设备支持的多种业务需要不同的通信、存储和计算资源。但传统的软硬件紧紧耦合的垂直一体化的网络结构，使得网络资源难以灵活分配给不同的业务。在核心网中，网络功能的编排缺乏灵活性，服务扩展能力差，同时服务的可用性保障不足。在无线接入网中，频谱、带宽等资源的共享能力不足，资源利用率较低。同时，不同业务之间的缺少隔离性，时延和可用性要求高的服务与要求低的业务处于同一网络中运行，网络无法识别紧急服务的重要性，导致紧急业务的QoS难以得到保证。因此，研究如何将无线接入网进行隔离是有必要的。SDN技术为解决上述问题提供了方向，进而提出了网络切片技术。SDN技术实现了控制和转发的分离，利用网络控制平面来感知和调度网络资源。基于SDN和网络切片支持定制端到端的服务，根据网络业务需求创建独立且相互隔离的虚拟网络，动态调配网络中的硬件资源，使得多个虚拟网络共用一个物理网络，实现网络硬件资源的共享。因此，该研究内容具有重要的研究价值。为了解现有技术的发展状况，对已有的论文和专利进行了检索、比较和分析，筛选出如下与本专利技术相关度比较高的技术信息：技术方案1：专利号为201611204594.3的《无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法》专利，涉及一种无线虚拟化的资源分配方法，主要通过五步完成：第一，引入了SC-FDMA上行链路系统作为无线虚拟网系统模型，对于载波资源进行分配；第二，建立有限状态马尔科夫信道模型，获取载波资源统计信息：在物理层，结合传统无线衰落信道模型概率密度函数，根据瑞利衰落信道中信噪比SNR门线划分公式，求得信道中信噪比各个状态的门限值，对接受信噪比的状态进行划分，得到不同的状态空间，并获取信道中状态转移概率矩阵P(t)，建成有限状态马尔科夫信道模型，根据状态转移概率矩阵和调度时间以及时隙信息，获取载波资源的统计信息；第三，获取等效带宽信息：对于MAC层，针对不同类型业务提出的带宽请求，根据各自业务时延要求，给定服务质量指数序列，对于带宽请求进行量化，获得带有时延要求的等效带宽信息，单位为bit；第四，获得子载波的等效容量信息：对于物理层，导入各个子载波信道统计信息，给定服务质量指数序列，对各个子载波在不同时延下所能提供的服务速率进行早化，得到各个子载波在不同服务质量指数下带有时延要求的等效容量信息，单位为bit；第五，获得最优资源分配方案：根据等效带宽信息和等效容量信息建立最优化资源分配模型，利用分支定界法对建立的最优化分配模型求解，获得无线虚拟网中最优的基于等效容量的资源分配方案。技术方案2：专利号为201710987309.8的《一种软件定义网络下虚拟化多播资源分配方法》专利，涉及一种虚拟化多播资源分配方法，主要通过四步完成：第一，通过软件定义网络实现物理网络的虚拟化，逻辑上给用户的是不同的网络提供商，提供不同类型的业务服务；第二，选择合适的虚拟网络；基站集合为B，所有基站设备资源皆虚拟化至每个虚拟网络旗下，虚拟网络集合为S，移动用户集合为U，与虚拟网络s签约的移动用户集合为Us，且有第三，确定网络选择以及调制与编码方案选择办法；第四，以最大化虚拟网络运营商的收益为目标，确定虚拟带宽分配办法。技术方案3：专利号为201711456645.6的《一种基于负载均衡的动态无线资源分配算法》专利，涉及一种动态无线资源分配方法，主要通过三步完成：第一，进行初始化，导入配电通信网的资源数据，设置参数；第二，查找在当前时间窗内的虚拟网络请求，释放其占用的底层资源，并更新网络资源状态，以及根据虚拟网络请求排序规则对当前时间窗到来的虚拟网络请求进行排序；第三，选取当前时间窗VWRs队列最前的虚拟网络请求进行映射，映射规则如下：首先，节点映射，选择满足节点种类与位置要求且位置偏差最近的物理节点作为映射节点，然后，链路映射，根据链路带宽约束，长度约束和连通性约束通过广度优先搜索确定所有可行的映射路径候选集，若不存在该候选集，判断是否满足重映射条件，若不满拒绝该请求，否则将该请求放入下一个时间窗的队列中，若存在候选集，则根据日标函数选择最优映射路径进行映射，运行该虚拟网络，并更新底层资源，并继续进行下一个虚拟网络请求映射，直至VWRs队列为空。但上述
技术介绍
均存在相应缺陷，例如，技术方案1引入了SC-FDMA上行链路系统作为无线虚拟网系统，建立有限状态马尔科夫信道模型，获取载波资源统计信息；针对不同业务请求，获得等效带宽信息；给定QoS指数序列，得到等效容量信息；依等效带宽信息和等效容量建立最优化资源分配模型；用分支定界法求解，获得最优等效容量资源分配方案；但其没有考虑在同一基站内不同业务、不同用户之间的干扰性。技术方案2通过软件定义网络实现物理网络的虚拟化，虚拟化后的虚拟网络可以来源于同一个物理网络，在逻辑上呈献给用户的是不同的网络提供商，提供不同类型的业务服务；用户产生业务，根据自身的业务需求选择合适的网络提供商，即选择合适的虚拟网络；采用最大最小准则确定网络选择以及调制与编码方案选择办法；以最大化虚拟网络运营商的收益为目标，采用内点法确定虚拟带宽分配办法；但其算法复杂，带来大量的资源开销，并且计算时间较长。技术方案3具有适用于业务异构性强，QoS要求差异性大的特性，通过考虑多个业务服务质量因素，建立合理的QoS机制及业务优先级机制，并考虑无线网络的干扰问题以及动态资源分配的负载均衡策略，可以实现配用电通信网无线虚拟资源的动态分配，能够根据实时业务需求，为多个相互隔离的、承载不同业务的虚拟网络分配底层物理网络资源，提高网络运行的效益，但没有考虑业务的优先级，不能使紧急、重要的业务达到较高的及时性及准确度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供了一种无线接入网中的网络切片优化方法。目的在于研究针对无线虚拟资源分配机制的网络资源优化分配方法，通过SDN技术，实现控制和转发的分离，利用网络控制平面来感知和调度网络资源。基于SDN和网络切片支持定制端到端的服务，根据网络业务需求创建独立且相互隔离的虚拟网络，动态调配网络中的硬件资源，使得多个虚拟网络共用一个物理网络，实现网络硬件资源的共享。本专利技术采用如下技术方案：一种无线接入网中的网络切片优化方法，其包括如下步骤：步骤一、结合成本、服务隔离和回程容量约束，构建组合和非凸优化模型；步骤二、采用迭代自适应启发式概率搜索算法理论，对于所述模型使用模拟退火优化算法进行求解。进一步的，所述模型为基于SDN技术的电力物联网切片架构，其分为最上层、中间层和最底层；所述最上层为切片提供层，用于为业务提供端到端网络通道切片；所述中间层为控制层，其包括SDN控制器、NFV编排器，用于对最底层的物理资源进行管理和虚拟化切片，并灵活地响应运维服务的需求，为切片提供物理资源；所述最底层为基础设施层，用于为服务提供无线接入资源、核心网络资源以及可穿戴运维终端。所述无线接入资源包括基站、频谱、发射功率等物理资源。所述核本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线接入网中的网络切片优化方法，其特征在于：其包括如下步骤：步骤一、结合成本、服务隔离和回程容量约束，构建组合和非凸优化模型；步骤二、采用迭代自适应启发式概率搜索算法理论，对于所述模型使用模拟退火优化算法进行求解。

【技术特征摘要】
1.一种无线接入网中的网络切片优化方法，其特征在于：其包括如下步骤：步骤一、结合成本、服务隔离和回程容量约束，构建组合和非凸优化模型；步骤二、采用迭代自适应启发式概率搜索算法理论，对于所述模型使用模拟退火优化算法进行求解。2.根据权利要求1所述的无线接入网中的网络切片优化方法，其特征在于：所述模型为基于SDN技术的电力物联网切片架构，其分为最上层、中间层和最底层；所述最上层为切片提供层，用于为业务提供端到端网络通道切片；所述中间层为控制层，其包括SDN控制器、NFV编排器，用于对最底层的物理资源进行管理和虚拟化切片，并灵活地响应运维服务的需求，为切片提供物理资源；所述最底层为基础设施层，用于为服务提供无线接入资源、核心网络资源以及可穿戴运维终端。3.根据权利要求2所述的无线接入网中的网络切片优化方法，其特征在于：所述可穿戴运维终端通过无线通信模块连接到通信接入点，通信接入点通过无线通信方式接入到基站。4.根据权利要求3所述的无线接入网中的网络切片优化方法，其特征在于：所述可穿戴运维终端包括红外感应模块、重力感应模块和/或地磁感应模块。5.根据权利要求1所述的无线接入网中的网络切片优化方法，其特征在于：服务在核心网中的处理过程是遍历一系列安装在服务器的虚拟机中的网络功能虚拟化VNF。6.根据权利要求1所述的无线接入网中的网络切片优化方法，其特征在于：电力无线专网采用OFDM技术，将频段分成多个正交的子载波。7.根据权利要求6所述的无线接入网中的网络切片优化方法，其特征在于：电力无线专网采用OFDM技术，将频段分成多个正交的子载波的具体方法如下：将运维现场的一组可穿戴运维终端被接入到接入点AP中，所有AP集合为A＝[A1,A2,...,AN]，AP总数为NA；AP位置信息用xn,yn,zn表示；利用如下公式(1)计算从基站l到APn的距离dl,n，APn表示标号为n的AP：利用如下公式(2)计算APn在基站l的方位θl,n，用于确定其在所述基站l的具体扇区：在电力无线接入网中，仅考虑无线接入点到基站之间的信息传递；根据香农定理，利用如下公式(3)计算MIMO信道的最大传输速率r(x,q,l,n)：其中，r(x,q,l,n)为信息从基站l通过扇区x的子载波q发送到接入点n的传输速率；P(x,q,l,n)为信息从基站l通过扇区x的子载波q发送到接入点n的发射功率；为信息从基站l通过扇区x的子载波q发送到接入点n的信息增益；d(l,n)表示从基站l到接入点n的距离；表示阴影衰落系数；t表示衰落因...

【专利技术属性】
技术研发人员：张益辉，李井泉，赵会峰，刘彦军，苏汉，胡文建，马岩，李旭东，王长宁，何利平，张颖，刘保安，王聪，孙莹晖，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网河北省电力有限公司，国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司，
类型：发明
国别省市：北京,11