一种卫星虚拟网络准入控制方法技术

本发明专利技术涉及一种卫星虚拟网络准入控制方法，属于卫星移动通信技术领域。该方法包括：S1：建立联合考虑卫星虚拟网准入、卫星资源租赁和用户资源分配的卫星虚拟网络运营商收益优化模型；S2：采用两阶段卫星虚拟网嵌入机制将优化模型分解为联合准入控制和资源租赁问题与资源分配问题；S3：考虑不确定参数将联合准入控制和资源租赁问题描述为鲁棒优化问题；S4：利用连续松弛和伯恩施坦近似将机会约束转化为保守的凸近似约束，从而将步骤S3得到的鲁棒优化问题转化为标准凸优化问题；S5：求解标准凸优化问题，得到最优的准入控制策略和对应的资源租赁策略。本发明专利技术能在显著提高物理资源预留利用率的同时保证卫星虚拟网中用户的服务质量。务质量。务质量。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星虚拟网络准入控制方法


[0001]本专利技术属于卫星移动通信
，涉及一种卫星虚拟网络准入控制方法。

技术介绍

[0002]6G无线网络的发展需要非地面网络(Non
‑
Terrestrial Networks,NTN)的支持，以促进无处不在的高容量全球连接。在NTN中低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星凭借相对于静止(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星更大的容量和更低的延迟为“全球覆盖”网络提供了一种经济实惠的解决方案。由于传统卫星网络没有实现空间组网，缺乏对资源的灵活分配，同时在面对数据爆炸、卫星网络资源有限，但用户业务多样化的情况下，如何利用有限的资源，更快速、更灵活地为更多各种业务的用户提供满意的服务是非常有必要的。
[0003]3GPP将网络切片定义为“使运营商能够创建网络的技术，可针对多样化需求与不同应用场景提供定制化的优化方案”。网络切片利用网络虚拟化来灵活地分配基础设施资源，以满足终端用户多样化的服务质量(Quality of Service,QoS)要求。用于网络切片支持的两种核心使能技术软件定义网络和网络功能虚拟化有望为卫星网络运营商带来更大的灵活性，降低建设资本支出和运营支出，并扩大卫星通信的应用范围。虚拟化技术将无线网络基础设施与其提供的服务解耦，从而使不同的服务可以共享相同的基础设施，最大限度地提高其利用率。网络虚拟化为网络运营商提供了很高的可行性，这是高效资源分配和灵活卫星网络运营的有前途的解决方案。
[0004]但是虚拟化会显著影响虚拟网络中用户QoS，因为虚拟网络共享相同的底层物理网络，且流量动态变化，特别地，卫星网络拓扑高动态性导致的容量不稳定会加剧对用户QoS的影响。准入控制是一种通过限制嵌入物理网络的虚拟网络数量到达保证用户QoS目的的有效方法。目前关于虚拟网准入控制的研究主要集中在地面网络中，但由于卫星高速移动导致网络拓扑是高度动态的，导致本就有限的卫星容量是不稳定的，这将加剧虚拟化对用户QoS的影响。因此，这些研究不能很好地适应LEO卫星通信情景。所以对卫星虚拟网嵌入的研究必须同时考虑虚拟网中用户流量需求和卫星网络容量具有的不确定性。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种卫星虚拟网络准入控制方法，在显著提高物理资源预留利用率的同时保证卫星虚拟网中用户QoS。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种卫星虚拟网络准入控制方法，具体包括以下步骤：
[0008]S1：在卫星网络虚拟化场景下，以最大化卫星虚拟网络运营商收益为目标，建立卫星虚拟网用户服务质量受限的，联合考虑卫星虚拟网准入、卫星资源租赁和用户资源分配的卫星虚拟网络运营商收益优化模型；
[0009]S2：采用两阶段卫星虚拟网嵌入机制将步骤S1中构建的优化模型分解为联合准入控制和资源租赁子问题与资源分配子问题；
[0010]S3：考虑不确定参数将步骤S2中得到的联合准入控制和资源租赁子问题描述为鲁棒优化问题；
[0011]S4：利用连续松弛和伯恩施坦近似将机会约束转化为保守的凸近似约束，从而将步骤S3得到的鲁棒优化问题转化为标准凸优化问题；
[0012]S5：求解步骤S4得到的标准凸优化问题，得到最优的准入控制策略和对应的资源租赁策略。
[0013]进一步，步骤S1中，构建的卫星虚拟网络运营商收益优化模型为：
[0014][0015]s.t.
[0016][0017][0018][0019][0020]其中，C1.1表示卫星虚拟网准入指示变量a
k
为二元离散变量，C1.2表示卫星的可出租资源比例约束，C1.3表示准入的卫星虚拟网中所有用户QoS约束，C1.4表示系统分配给所有卫星虚拟网络的容量不小于所有卫星虚拟网的请求流量的系统稳定约束；S＝{1,...,s,...,S}表示卫星基础设施供应商集合，即卫星集合，κ＝{1,...,k,...,K}表示卫星虚拟网集合；表示准入卫星虚拟网k的奖励，表示拒绝卫星虚拟网k的惩罚，c
s
表示完全租赁卫星s的价格，p
s
表示卫星s的出租比率，表示可出租比率上限，r
k
表示卫星虚拟网k中用户的最低速率要求，表示卫星虚拟网k中第i个用户分配的流量，ρ
k
表示到达区域中的卫星虚拟网k的平均流量，表示分配给卫星虚拟网k的容量，由准入的用户分布{d
k
}、租赁策略{p
s
}和资源分配策略决定，向量表示对卫星虚拟网k中用户的资源分配策略，表示卫星虚拟网k中用户的集合。
[0021]进一步，步骤S2具体包括：采用两阶段卫星虚拟网嵌入机制将短期的资源分配与长期的准入控制和资源租赁解耦，得到第一阶段的联合准入控制和资源租赁子问题和第二阶段的资源分配子问题；
[0022]根据当前网络状态和历史数据，利用反馈估计法得到当前网络状态下卫星可提供的容量期望E[C
s
]，得到联合准入控制和资源租赁子问题模型为：
[0023][0024]s.t.
[0025][0026][0027][0028]其中，C
s
表示根据卫星s当前状态和随机生成用户得到卫星当前可提供最大容量的估计值，表示卫星s上一次处于当前状态下为用户提供容量的期望，α
s
∈[0,1]是用于调节当前网络状态和历史网络状态的比率常数。
[0029]进一步，步骤S3具体包括：考虑系统稳定约束C2.3中平均用户到达率不确定导致流量需求不确定和卫星拓扑高动态性导致卫星系统容量不确定性，采用鲁棒优化方法将该问题描述为鲁棒优化问题P3为：
[0030][0031]s.t.
[0032][0033][0034][0035]其中，Pr{X≤0}表示X≤0的概率，τ表示约束被违反的最大概率。
[0036]进一步，步骤S4中，将鲁棒优化问题转化为标准凸优化问题，具体包括以下步骤：
[0037]S41：将二元离散的卫星虚拟网准入控制变量松弛到[0,1]的连续区间上；
[0038]S42：利用伯恩施坦近似分别对流量需求不确定和系统容量不确定进行处理，将机会约束转化为保守的凸近似约束，从而将鲁棒优化问题转化为标准凸优化问题，转化后的优化问题P4为：
[0039][0040]s.t.
[0041][0042][0043][0044]其中，为a
k
∈{0,1}的松弛，r
k
表示卫星虚拟网络k提供服务的最低速率要求；通过长期的历史数据统计得到不确定性参数λ
k
有界支持引入以下辅助变量和对有界支持进行归一化处理，归一化处理后的参数ξ
k
为：通过历史数据统计得到卫星s可提供容量C
s
有界支持引入辅助变量和对有界支持进行归一化处理，归一化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星虚拟网络准入控制方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：在卫星网络虚拟化场景下，以最大化卫星虚拟网络运营商收益为目标，建立卫星虚拟网用户服务质量受限的，联合考虑卫星虚拟网准入、卫星资源租赁和用户资源分配的卫星虚拟网络运营商收益优化模型；S2：采用两阶段卫星虚拟网嵌入机制将步骤S1中构建的优化模型分解为联合准入控制和资源租赁子问题与资源分配子问题；S3：考虑不确定参数将步骤S2中得到的联合准入控制和资源租赁子问题描述为鲁棒优化问题；S4：利用连续松弛和伯恩施坦近似将机会约束转化为保守的凸近似约束，从而将步骤S3得到的鲁棒优化问题转化为标准凸优化问题；S5：求解步骤S4得到的标准凸优化问题，得到最优的准入控制策略和对应的资源租赁策略。2.根据权利要求1所述的卫星虚拟网络准入控制方法，其特征在于，步骤S1中，构建的卫星虚拟网络运营商收益优化模型为：P1:s.t.C1.1:C1.2:C1.3:C1.4:其中，C1.1表示卫星虚拟网准入指示变量a
k
为二元离散变量，C1.2表示卫星的可出租资源比例约束，C1.3表示准入的卫星虚拟网中所有用户QoS约束，C1.4表示系统分配给所有卫星虚拟网络的容量不小于所有卫星虚拟网的请求流量的系统稳定约束；表示卫星基础设施供应商集合，即卫星集合，表示卫星虚拟网集合；表示准入卫星虚拟网k的奖励，表示拒绝卫星虚拟网k的惩罚，c
s
表示完全租赁卫星s的价格，p
s
表示卫星s的出租比率，表示可出租比率上限，r
k
表示卫星虚拟网k中用户的最低速率要求，表示卫星虚拟网k中第i个用户分配的流量，ρ
k
表示到达区域中的卫星虚拟网k的平均流量，表示分配给卫星虚拟网k的容量，由准入的用户分布{d
k
}、租赁策略{p
s
}和资源分配策略决定，向量表示对卫星虚拟网k中用户的资源分配策略，表示卫星虚拟网k中用户的集合。3.根据权利要求2所述的卫星虚拟网络准入控制方法，其特征在于，步骤S2具体包括：采用两阶段卫星虚拟网嵌入机制将短期的资源分配与长期的准入控制和资源租赁解耦，得到第一阶段的联合准入控制和资源租赁子问题和第二阶段的资源分配子问题；根据当前网络状态和历史数据，利用反馈估计法得到当前网络状态下卫星可提供的容量期望E[C
s
]，得到联合准入控制和资源租赁子问题模型为：
P2:s.t.C2.1:C2.2:C2.3:其中，C
s
表示根据卫星s当前状态和随...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁承超，柏耀辅，刘嵩，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：