CN106954267B - 一种基于无线网络切片的资源管理方法 - Google Patents
一种基于无线网络切片的资源管理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于无线网络切片的资源管理方法，是无线通信技术的接入网技术领域，具体为：根据当前网络中所有接入业务的特性，网络被划分成多个不同的无线网络切片；集中式上层无线资源管理器根据各切片内的传输模式，资源需求情况和业务性能指标，为每个切片配置专用的二层无线资源管理器，并进行集中的资源分配，网络运行过程中，各二层无线资源管理器负责监测各切片内部业务运行和资源使用状况，同时通过分布式接口进行切片间的资源调整来满足切片内业务性能的动态变化；本发明采用了集中式与分布式结合的二层资源分配方法，以集中方式为切片分配可用资源，减少了资源分配资源的复杂度，同时切片之间分布式协调资源，降低了资源管理成本。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术的接入网技术领域，具体是一种基于无线网络切片的资源管理方法。
背景技术
随着移动互联网和物联网的快速发展以及各种新型业务的不断涌现，现阶段的移动通信网络面临巨大压力和挑战。为了更好地应对未来移动数据流量的高速增长，海量设备连接及高可靠低时延的需求，全球范围内学术界和产业界已经展开对5G(5thGeneration)移动通信技术的深入研究。
目前，国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)已完成了对5G愿景和需求的研究，确立了5G三大典型应用场景和关键性能指标，具体包括增强移动宽带、海量机器类通信和超高可靠低时延通信三大场景；主要关键性能指标包括：支持100Mbps的用户体验速率、20Gbps的峰值速率、每平方公里一百万的连接数密度、毫秒级的端到端时延、每平方公里数十Tbps的流量密度、支持每小时500Km以上的移动性；相比4G(4th Generation)，网络需要实现频谱效率提升3倍、网络能效和成本效率提升100倍等重大性能突破。
传统“one-size-fits-all”的网络架构已经不能很好地适用于5G网络多样化的应用场景，并提供差异化的业务需求；并且为了同时支持多种应用场景下的业务良好运行，考虑新建大量专用网络的做法带来工程量大成本高，网络灵活性差等劣势。
基于该实际背景，5G网络将采用网络切片技术实现网络的定制化，通过将一个物理网络划分成多个逻辑上独立的网络切片，每个网络切片为一种特定场景下的业务提供定制化的服务。通过网络切片技术可以很大程度上提升网络的灵活性，实现同一网络同时为多种不同性能需求的应用场景提供高质量的服务。
然而，5G网络的应用场景，业务需求及其性能指标，以及实现的关键技术等相较于传统网络将有很大的不同，这也对无线资源管理提出了不同的要求，传统的无线资源管理方法不再能很好地适用于未来5G网络，主要表现在：
传统的无线资源管理主要面向语音业务或者简单的数据业务，并且单从优化无线资源的角度出发，追求系统吞吐量或者用户容量的最大化。然而，随着5G业务种类的多样化，各业务的性能要求也存在较大差异；一方面，高频谱效率不再是系统优化的唯一目标，业务需求对网络传输时延、连接数、可靠性等指标也提出了严格要求；另一方面，在低时延场景中，为了满足毫秒级时延要求，考虑将核心网中的部分功能和内容下沉到接入网；在大连接物联网场景，由于终端节点数量众多，为了降低小数据包的传输规模，缓解网络负载，考虑利用带缓存的本地节点完成部分数据处理；因此，网络中将引入缓存资源的配置，这增加了接入网资源管理的维度，不仅包括无线资源，还包括缓存资源，同时，缓存资源的配置也给无线资源的分配带来一定影响，因此在接入网需要对无线资源和缓存资源实行联合优化。
综上所述，由于5G网络业务的多样性和性能指标的差异化等新特性，将导致传统的无线资源管理方法不再适用，因此需要一种新的资源管理技术来满足5G网络中不同切片的业务需求。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种基于无线网络切片的资源管理方法，以满足5G网络中不同切片差异化的业务需求，并实现无线资源和缓存资源的联合优化。
具体步骤如下：
步骤一、根据当前网络中所有接入业务的业务特性，接入网切片编排器将网络划分成多个不同类型的无线网络切片；
步骤二、集中式上层无线资源管理器根据划分的无线网络切片信息进行自身配置；
无线网络切片信息包括切片类型，业务特性，传输效用，干扰抑制需求等；
步骤三、集中式上层无线资源管理器根据各切片内的传输模式，资源需求情况和业务性能指标，为每个切片配置专用的二层无线资源管理器；
每个二层无线资源管理器主要完成三方面的功能：功能一，根据历史接入信息、业务种类和当前用户请求接入信息，负责预估出当前切片所需的无线资源和缓存资源情况并上报至集中式上层无线资源管理器；功能二，为切片提供对外的交互接口，不同切片之间能够进行信息交互，从而实现资源在切片间的分布式调整；功能三，对切片内所有用户进行集中管控，通过优化资源分配，在保障切片专属性能满足的基础上，最大化资源的利用效率。
步骤四、每个二层无线资源管理器预估出所在切片内业务和用户的无线资源和缓存资源需求情况，并统一上报至集中式上层无线资源管理器。
步骤五、集中式上层无线资源管理器根据所有切片的资源需求预估信息，以T1为周期进行全局的资源分配，同时在T1周期内划分T2周期，二层无线资源管理器完成资源在切片间的局部调整。
集中式上层无线资源管理器收集接入网切片编排器的切片配置信息、各切片的资源请求信息和无线接入网状态信息，为每个二层无线资源管理器确定具体的资源分配方案，并将资源分配方案作为输出，通过控制信令发送至每个对应切片的二层无线资源管理器，同时将资源分配结果反馈给接入网切片编排器。
资源分配包括无线资源、缓存资源和缓存推送规则的分配；
无线资源包括：时域资源、频域资源和功率资源；
缓存资源包括切片的存储空间、文件内容和业务能力；
缓存推送规则主要包括：缓存更新周期、缓存替换原则和业务缓存优先级；
具体步骤如下：
步骤501、集中式上层无线资源管理器将全局资源分配方案下发至对应切片的二层无线资源管理器后，所有资源管理器开始计时T＝0；
步骤502、各二层无线资源管理器根据分配的资源，进行切片内部具体的资源分配与调整；
步骤503、判断网络运行过程是否进入事件触发模式，如果是，返回步骤501重新进行资源重分配；否则，进入步骤504；
事件触发模式主要指网络运行出现突发故障、接入网切片信息变化(切片重编排)、资源调整难以满足业务需求等情况出现时，网络需要立即跳出当前资源分配状态，直接触发集中式上层无线资源管理器进行资源重分配。
步骤504、在T1周期内划分T2周期，当计时T达到某个T2时刻，针对每个切片，判断该切片当前的切片性能是否都得到满足，如果是，进入步骤505；否则，进入T2周期触发模式进行切片间的资源调整。
T1周期为T2周期的N倍；T2周期触发模式是每经过T2时间长度，二层无线资源管理器可以触发向其它二层无线资源管理器发送资源调整请求，并完成资源在切片间的局部调整。
切片间的资源调整具体步骤如下：
步骤5041、当前某切片的资源情况不能满足自身业务的性能需求，则对应的二层无线资源管理器通过广播形式发起资源调整的请求；
步骤5042、其余的二层无线资源管理器接收到资源请求信息后，根据自身切片的运行情况判断是否能提供部分资源，如果是，将可调整的资源信息反馈给发起请求的二层无线资源管理器，并进入步骤5043；否则，进入步骤5046；
步骤5043、发起方二层无线资源管理器在所有可提供资源的切片中进行选择，选取当前无线资源对应干扰水平最小的切片和缓存资源对应时延水平最小的切片，分别作为调整两种资源的待连接切片，并更新连接表；
步骤5044、判断待连接切片所提供的资源能否满足切片需求，如果是，根据连接表与对应切片建立连接，进行信息交互，实现资源调整；否则，进入步骤5045；
步骤5045、继续判断是否还存在能提供资源的其它切片，如果是，返回步骤5043；否则，进入步骤5046；
步骤5046、进入事件触发模式，直接请求集中式上层无线资源管理器进行资源重新分配。
步骤505、每个切片继续进入下一个T2周期，返回步骤502；
步骤506、当时间T达到周期T1，进入T1周期触发模式并重新进行资源重分配，返回步骤501；
T1周期触发模式是每经过T1时间长度，集中式上层无线资源管理器就会根据当前的网络运行状态重新进行一次全局的资源分配，确保为每个切片分配的资源使得整个网络性能达到全局最优。
本发明的优点在于：
1)、一种基于无线网络切片的资源管理方法，实现了对网络中多种切片的统一资源管理，同时满足了不同切片的差异化性能需求，相较于传统的资源管理方法，适用性更强。
2)、一种基于无线网络切片的资源管理方法，采用了集中式与分布式结合的二层资源分配方法，由集中式上层无线资源管理器负责为切片分配资源，降低了直接为所有用户分配资源的复杂度，同时也使得资源分配效果可以达到全局最优；由二层资源管理器负责为切片内的用户和业务分配资源，能更好满足各切片内业务的差异化需求，实现切片定制化。
3)、一种基于无线网络切片的资源管理方法，切片之间能通过分布式协调方式进行资源的局部调整，增强了资源管理的灵活性，也缓解了频繁进行集中资源重配置的压力，降低了资源管理成本。
4)、一种基于无线网络切片的资源管理方法，联合考虑了无线资源和缓存资源的联合分配，很好地适应满足5G以及未来网络对于多维资源管理的需求。
附图说明
图1为本发明一种基于无线网络切片的资源管理方法的流程图；
图2为本发明基于无线网络切片的统一管控的资源管理架构示意图；
图3为本发明在F-RAN架构中部署统一管控的资源管理架构实施例的示意图；
图4为本发明四种典型应用场景传输模式与资源管理方式的示意图；
图5为本发明集中式上层无线资源管理器和各二层无线资源管理器触发资源调整的时间节点示意图；
图6为本发明缓存节点F-AP的部署位置与缓存配置实施例示意图；
图7为本发明集中式上层无线资源管理器以T1为周期进行全局的资源分配流程图；
图8为本发明二层无线资源管理器进行切片间的资源调整的方法流程图。
具体实施例
下面结合附图对本发明的具体实施方法进行详细说明。
一种基于无线网络切片的资源管理方法，利用集中式上层无线资源管理器能对不同无线网络切片、不同传输模式和不同性能指标进行统一管控，实现传输与控制管理的分离。
如图1所示，具体步骤如下：
步骤一、根据当前网络中所有接入业务的业务特性，接入网切片编排器将网络划分成多个不同类型的无线网络切片；
步骤二、集中式上层无线资源管理器根据划分的无线网络切片信息进行自身配置；
根据当前网络中划分的切片类型，接入业务的业务特性、传输效用、干扰抑制需求等信息，并综合当前网络中总体的资源情况，首先完成对集中式上层无线资源管理器的自身配置；
所述集中式上层无线资源管理器的功能进一步描述如下：
所述集中式上层无线资源管理器部署运行于核心网，并掌控着当前网络中所有资源的相关信息，包括资源的种类、数量、当前使用情况等；随着不同无线网络切片的创建与修改，集中式上层无线资源管理器负责进行资源的重新配置以适应各切片的实际需求。
具体为：
集中式上层无线资源管理器与网络中其它功能模块进行交互搜集所需信息，包括来自接入网切片编排器的切片配置信息、来自各切片的资源请求信息和无线接入网状态信息等；然后，集中式上层无线资源管理器对网络资源进行统一管控，根据不同无线网络切片的创建与修改情况，为每个切片确定具体的资源分配方案，输出切片所使用的频谱带宽信息、允许最大发射功率以及缓存配置信息，使得不同切片差异化的性能需求得到满足，并且将最终的资源分配方案通过控制信令发送至每个对应的无线网络切片，同时反馈给接入网切片编排器。
所述集中式上层无线资源管理器与接入网切片编排器之间存在信息交互，接入网切片编排器将切片信息发送给集中式上层无线资源管理器，作为资源分配的参考依据；集中式上层无线资源管理器完成资源分配后将分配结果反馈给接入网切片编排器，便于编排器对当前切片方案做相应的优化与调整。
步骤三、集中式上层无线资源管理器根据各切片内的传输模式，资源需求情况和业务性能指标等信息，为每个切片配置专用的二层无线资源管理器；
集中式上层无线管理器根据不同的切片应用场景，切片业务性能指标等信息为各切片配置专用二层无线资源管理器；每个二层无线资源管理器负责所在切片内业务和用户的资源分配和管理，所有二层无线资源管理器由集中式上层无线资源管理器统一管理控制，同时，二层无线资源管理器相互之间存在交互接口，可以进行切片间的分布式协调。
如图2所示，各切片专用的二层无线资源管理器配置完成后，与集中式上层无线资源管理器一起构成统一管控的资源管理架构，并实现了传输与控制管理的有效分离；该架构中所有的资源管理器都负责管理面功能，制定出具体的资源分配策略，然后通过控制信令将分配信息发送至网络中的各接入节点和终端，而资源实际的获取与使用是接入点和终端根据接收到的信令后直接接入可使用的资源。
所述二层无线资源管理器是逻辑功能实体，其功能主要由接入网中具有无线资源管理功能的节点代为实现；二层无线资源管理器根据接入网切片编排器的切片信息完成配置；只有当切片被编排生成时，对应的二层无线资源管理器才会被配置生成，当原有切片被删除时，相应的二层无线资源管理器从网络中删除；配置操作具体包含以下步骤：首先，集中式上层无线资源管理器为每个切片指定二层无线资源管理器实际运行的物理实体，然后在两者之间建立接口并传送切片配置信息，其中主要配置信息包括：切片的类型、业务关键性能、资源调度机制等；具体的，集中式上层无线资源管理器告知每个二层无线资源管理器所管理的切片类型，例如热点高容量切片或是低时延高可靠切片，对应切片中业务的关键性能指标，例如1Gbps用户体验速率或是1ms空口时延，以及该类业务需要的资源种类、数量以及适合的调度机制。
所述二层无线资源管理器被成功配置后，主要负责所在切片内的资源管理，主要完成三方面的功能：功能一，根据历史接入信息、业务种类和当前用户请求接入信息，负责预估出当前状态下切片所需的无线资源和缓存资源情况，并经由接口上报至集中式上层无线资源管理器，作为集中式资源管理器进行全局资源分配的参考依据；功能二，为各切片提供对外交互接口，通过该接口进行切片间的信息交互，并完成资源在切片间的分布式调整，从而实现资源的分布式协调；功能三，对切片内部进行集中资源管控，通过优化资源分配，满足每个切片专属的性能要求。也就是集中式上层无线资源管理器确定的资源分配方案是针对每个切片而言的，是整个切片内所有业务和用户所能使用的总资源，并没有将资源具体分配至每个接入节点或终端，此时，所述二层无线资源管理器根据接收到的资源信息完成切片内具体的资源分配，监测切片中各业务的QoS(Quality of Seivice)状态、用户请求情况和考量接入点能力，通过对资源的集中管控，为每个接入点与终端确定具体的资源分配方案，并保障切片内业务的性能要求。
下面以一种优选实施例对所述二层无线资源管理器的配置作进一步说明：
当编排无线网络切片时，集中式上层无线资源管理器为每个切片指定执行二层无线资源管理器功能的物理实体，通常选取切片内自身带有无线资源管理功能的节点来完成，结合雾无线接入网(Fog Radio Access Network，F-RAN)实例进行说明；如图3所示，在F-RAN中，分别部署着高功率节点(High Power Node,HPN)、集中式的基带处理单元池(BaseBand Unit Pool,BBU Pool)、远端射频头(Remote Radio Head,RRH)、雾计算接入节点(FogComputing Access Point,F-AP)、雾计算用户终端(Fog Computing User Equipment,F-UE)，以及普通的用户终端(User Equipment,UE)；根据判断当前的各类型节点是否具有无线资源管理功能，最终确定F-RAN网络中，所述的二层无线资源管理器可以部署的位置分别有：HPN外接负责资源管理的设备—例如3G网络中的RNC(Radio Network Controller)、集中式云处理的BBU Pool或者F-AP；参见图3，集中式上层无线资源管理器根据接入网切片编排器输出的切片方案，在每个切片中选择合适的物理实体并将其配置为逻辑上的专用二层无线资源管理器，并与该物理实体建立接口，经由该接口实现信息的交互，主要是集中式上层无线资源管理的资源分配信令下发和各二层无线资源管理器预估的资源需求信息上报。
所述专用的二层无线资源管理器负责预估所管理切片的资源请求情况，并将预估信息上报至集中式上层无线资源管理器，由于不同无线网络切片的业务性能指标具有明显差异，因此采用的传输模式和上报的资源请求信息也存在很大不同；结合实施例对四种典型应用场景进行具体分析，如图4所示，如下：
(1)针对广域无缝覆盖场景，该场景下业务的主要性能要求是稳定的用户体验速率和业务连续性，考虑到用户相对分散且可能具有较高移动性，为了保障无缝覆盖和避免频繁切换，采用部署高功率节点HPN进行全局覆盖；
在这种接入场景中，所述的二层无线资源管理器配置在HPN的外接设备中，由其预先评估出当前切片所需的无线资源并上报至集中式上层无线资源管理器；并对切片内所有用户和业务进行集中化无线资源管控，实现对发射功率和切换参数的优化，提升网络的覆盖率、业务传输速率，降低掉话率和切换失败率。
(2)针对热点高容量应用场景，该场景下的业务主要性能要求是超高数据速率以及流量密度；为了实现热点区域高流量密度通常在靠近用户的位置部署多个RRH，通过前向链路(fronthaul)接入云端的BBU Pool，借助云端强大的处理能力完成超大规模的数据处理，同时还配合部署一些带缓存的F-AP节点，按照一定的缓存策略将当前频繁访问的内容缓存到本地，实现相同业务数据的请求直接在本地完成处理，从而减少流量密度极高区域的业务用户难以接入RRH的情况发生，降低数据重复传输以及缓解fronthaul负载压力；
在这种接入场景中，所述的二层无线资源管理器通常配置在处理功能强大的BBUPool中，由其预先评估出当前切片所需的无线资源和缓存资源并上报至集中式上层无线资源管理器；并对切片内所有业务进行集中化无线和缓存资源联合分配，实现对传输模式、频带资源、缓存配置的优化，提升用户体验速率及网络流量密度。
(3)针对大连接物联网应用场景，该场景下的业务主要性能要求是海量的连接数量以及超低功耗；为了应对终端数量远远超过接入点可承受的接入范围的挑战，通常采用分簇接入的方式；对于具有终端直通模块的F-UE采用直接或者中继多跳的方式进行组网，形成网状或树状网络；然后选取具有较强处理能力的节点作为簇头，由簇头汇聚处理后接入F-AP，对于没有终端直通功能的UE则直接接入F-AP进行通信，大大降低了接入网络的链路数量，缓解了F-AP的负载压力也实现了超大规模的终端接入，同时终端之间进行短距离直通通信也能很好的降低功耗；
在这种接入场景中，所述二层无线资源管理器通常配置在具有较强处理能力的F-AP中，由其预先评估出当前切片所需的无线资源和缓存资源并上报至集中式上层无线资源管理器；并对切片内所有用户和业务进行集中化无线资源和缓存资源联合分配，实现对分簇组网方式、各节点的发射功率以及簇头节点处理能力的优化，提升网络中的终端连接数量以及降低终端功耗和干扰。
(4)针对低时延高可靠通信应用场景，该场景下的业务主要性能要求是毫秒级时延以及超高可靠性；为了降低终端通信时延，大量采用业务本地处理的方法，此时网络中部署大量F-AP或者终端配备缓存直接进行终端直通；
在这种接入场景中，所述二层无线资源管理器通常配置在具有较强处理能力的F-AP中，要求其静止或移动性较低，并且具有一定的覆盖范围，由其预先评估出当前切片所需要的无线资源和缓存资源并上报至集中式上层无线资源管理器；并对切片内所有用户和业务进行集中化无线资源和缓存资源联合分配，实现对缓存内容、功率参数等优化，并选用先进的编码方式和重传机制，提升网络可靠性及降低网络传输时延。
除了上述四种典型的应用场景，网络中还可能存在其它的混合应用场景，根据该场景中业务的主要性能要求采用合适的组网方式，并且由二层无线资源管理器预估出相应所需的资源情况，并上报至集中式上层资源管理器，通过资源的集中管控，保障该特定场景下业务的关键性能要求。
这种新型的资源管理架构采用了集中式与分布式融合的资源管理方法，集中式和分布式分别体现在：
资源的集中式分配由集中式上层无线资源管理器完成，由于集中式资源管理器在网络中的部署位置以及其掌握的网络资源情况决定了它能负责资源的全局分配；通过统筹网络中全局的资源情况和业务请求信息，采用完全集中的方式为每个切片制定分配方案，这样不仅降低了资源直接在切片间分配的复杂度并且使得资源分配效果可以达到全局最优。
资源的分布式协调则在各二层无线资源管理器间进行，由于切片内部业务调整或者接入情况变化造成原始分配的资源出现不足或者剩余，当切片的业务性能下降难以正常运行时，可以优先通过分布式接口进行切片间的资源协商调整，通过部分资源在切片间复用或转移来补偿切片性能下降时所需的资源，如果切片间资源局部调整无法满足切片需求，此时由二层无线资源管理器触发集中式上层无线资源管理器进行全局资源的重新分配；通过这种切片间分布式资源协调方式，一方面，切片间资源的局部调整有效缩短资源请求响应的时间，提高其它切片资源的利用效率；另一方面，增强了资源管理的灵活性，一定程度上缓解了频繁触发集中式上层无线资源管理器进行资源重配置的压力，降低了资源管理的成本；同时通过分布式接口，切片间可以及时交互干扰信息等，有利于网络整体性能的提升。
步骤四、每个二层无线资源管理器预估出所在切片内业务和用户的无线资源和缓存资源需求情况，并统一上报至集中式上层无线资源管理器。
步骤五、集中式上层无线资源管理器根据所有切片的资源需求预估信息，以T1为周期进行全局的资源分配，同时在T1周期内划分T2周期，二层无线资源管理器完成资源在切片间的局部调整。
集中式上层无线资源管理器根据各二层无线资源管理器汇报的无线资源和缓存资源请求信息，接入网切片编排器提供的切片信息和无线接入网的状态信息，周期性(时间长度为T1)的为每个切片制定具体的资源分配方案，并将分配信息告知每个切片对应的二层无线资源管理器。
如图7所示，具体步骤如下：
步骤501、集中式上层无线资源管理器将全局资源分配方案下发至对应切片二层无线资源管理器后，所有资源管理器开始计时T＝0；
步骤502、各二层无线资源管理器根据分配的资源，进行切片内部具体的资源分配与调整；
所述二层无线资源管理器接收到来自集中式上层无线资源管理器的资源重配置信息后，启动计时器从T＝0开始计时；二层无线资源管理器根据所在切片内部业务和用户的实际需求情况，为每个接入点和终端确定资源具体分配方案；与此同时，二层无线资源管理器实时监测切片内的网络性能，一旦出现较大性能波动，比如用户数据速率明显降低、干扰水平或时延水平超过预定门限等，则通过切片内部的资源调整来稳定业务性能的变化。
步骤503、判断网络运行过程是否进入事件触发模式，如果是，返回步骤501重新进行资源重分配；否则，进入步骤504；
事件触发模式主要指网络运行出现突发故障、接入网切片信息变化(切片重编排)、资源调整难以满足业务需求等情况出现时，网络需要立即跳出当前资源分配状态，直接触发集中式上层无线资源管理器进行资源重分配。
步骤504、在T1周期内划分T2周期，当计时T达到某个T2时刻，针对每个切片，判断该切片当前的切片性能是否都得到满足，如果是，进入步骤505；否则，进入T2周期触发模式实现切片间的资源调整。
如图5所示，T2周期触发模式是计时器每经过一个T2计时长度，各二层无线资源管理器需要依据当前切片内各业务的运行状况是否满足要求，从而判断是否需要触发向其它二层无线资源管理器发送资源请求信息；如果现有的资源情况能很好支持切片运行，并能保障业务都能达到性能要求，所述二层无线资源管理器维持现有的资源分配状态不触发交互请求；如果现有的资源情况难以继续支持切片正常运行，业务性能下降明显，切片主关键性能不能保障，此时所述二层无线资源管理器进入触发状态，通过广播的方式向所有的二层无线资源管理器发送一个资源请求信号，并尝试在切片间进行资源调整。
信号中包括的信息有：切片的位置信息，业务情况、当前使用的资源信息，以及所请求的资源种类和数量。
在集中式上层无线资源管理器执行资源分配的T1时间周期内，各二层无线资源管理器以周期T2(T1＝N*T2，其中N为正整数)进行无线资源和缓存资源的信息交互以及相应资源的相互调整，实现资源在切片间的分布式协调，如图8所示，具体步骤如下：
步骤5041、当前某切片的资源情况不能满足自身业务的性能需求，则对应的二层无线资源管理器通过广播形式发起资源调整的请求；
步骤5042、其余的二层无线资源管理器接收到资源请求信息后，根据自身切片的运行情况判断是否能提供部分资源，如果是，将可调整的资源信息反馈给发起请求的二层无线资源管理器，并进入步骤5043；否则，进入步骤5046；
其它二层无线资源管理器接收到资源请求的广播信息后，判断自身切片的运行状态并在不影响切片性能的前提下，预估出可调整的无线资源和缓存资源的数量，以及对应资源调整将带来的干扰水平和时延水平等信息，并将信息反馈至发起方的二层无线资源管理器；最终由发起方二层无线资源管理器确定接收调整的资源情况，并将资源调整信息反馈至集中式上层无线资源管理器。
所述发起方二层无线资源管理器确定资源调整的具体过程包括：
如图7所示，接收到资源请求广播信息的二层无线资源管理器首先评估自己所在切片的业务运行状况，对于评估结果分两种情况进行讨论：
(1)当前切片内的业务运行情况均不理想，资源紧缺不能满足业务的性能需求，或者当前切片所拥有的资源正好能维持自身业务的正常运行，但是均不能调整出资源给其它切片，这种情况意味着没有任何一个切片能够为发起方二层无线资源管理所在的切片提供资源；由于资源请求得不到满足，切片的性能无法改善，此时该切片所对应的二层无线资源管理器立即进入事件触发模式，触发集中式上层无线资源管理器直接进行全局的资源重配置，同时各二层无线资源管理器的计时器清零重新开始计时。
(2)切片运行状态满足业务需求并且资源充足，能在不影响自身网络性能的情况下调整出部分资源，此时该切片对应的二层无线资源管理器先根据自身能提供的资源情况，估算出如果转移这部分无线资源或缓存资源会给整个网络来带的干扰影响和时延影响，利用干扰水平和时延水平进行衡量；然后将可调整的资源情况、干扰水平、时延水平等信息一起反馈至发起方的二层无线资源管理器。网络中可能会出现多个二层无线资源管理器都能为发起方二层无线资源管理器所在资源请求的切片调整出部分资源，此时这多个二层无线资源管理都将信息反馈至发起方的二层无线资源管理器，最终由发起方的二层资源管理器综合所有可调整的资源信息、干扰水平和时延水平决定与哪些切片建立连接，完成资源调整。
更为具体的，所述发起方的二层无线资源管理器根据接收到的资源情况，具体的切片内资源调整过程描述如下：
无线资源的调整主要是频谱带宽资源的增加，二层无线资源管理器将新获取的频谱带宽优先分配给当前切片内性能指标低于业务性能需求的用户及业务，保障原本处于运行的业务恢复良好的运行状态，其次将剩余的频谱带宽提供给新请求接入切片的终端，使其成功接入和运行。
缓存资源的调整主要是缓存空间变更和缓存内容转移：
缓存空间变更，主要是针对同时可服务多个切片的缓存节点，原本该节点的缓存空间被分为共享空间和各切片的专用空间两大部分，此时空间变更是指专用空间归属权的转移，缓存资源提供方切片拥有的专用空间转移给发起方切片，并重新缓存所需内容；
缓存内容转移是指发起方切片所需要的缓存内容，提供方切片的缓存空间中有，此时提供方切片将该部分内容共享出来，通过本地协作通信将该部分内容更新至发起方切片的缓存器中。
当频谱带宽资源和缓存资源在切片间调整完成后，各二层无线资源管理器还需进一步交互信息，以调整各切片的发射功率，尽量降低干扰，维持各切片良好运行。
切片在当前触发时刻完成分布式资源协调后，原本不能满足业务性能的切片由于接受了其它切片调整的资源后，性能得到修复，此时保障了所有切片中的业务都能以满足性能需求的状态继续运行。
从发起方二层无线资源管理器广播资源请求，直至完成切片间的资源调整，这个过程所经历时间相较于T2长度是非常短的，所以这里直接假设为该过程在一个时刻完成(参见图5点A)。
进入下一个计时周期，各二层无线资源管理器断开彼此之间的交互连接，只管理自身所在切片内的资源情况，根据业务和终端的变化进行相应的内部资源调整；每当计时长度达到T2的整数倍时，二层无线资源管理器就进入T2周期触发模式，此时切片间才能建立连接并进行分布式的资源协调；当计时长度达到T2的N倍(即T1)时，集中式上层无线资源管理器直接进入T1周期触发模式，所有的二层无线资源管理器向集中式上层无线资源管理器发送当前请求资源预估信息，集中式上层无线资源管理器根据当前网络情况和各二层无线资源管理器的资源请求信息等进行资源的全局重配置。
步骤5043、发起方二层无线资源管理器在所有可提供资源的切片中进行选择，选取当前无线资源对应干扰水平最小的切片和缓存资源对应时延水平最小的切片，分别作为调整两种资源的待连接切片，并更新连接表；
步骤5044、判断待连接切片所提供的资源能否满足切片需求，如果是，根据连接表与对应切片建立连接，进行信息交互，实现资源调整；否则，进入步骤5045；
步骤5045、继续判断是否还存在能提供资源的其它切片，如果是，返回步骤5043；否则，进入步骤5046；
针对上述情况(2)，发起方二层无线资源管理器完成资源调整的具体过程描述如下：
发起方的二层无线资源管理器收集到所有可以提供资源的二层无线资源管理器的反馈信息后，需要确定具体与哪个或哪几个二层无线资源管理器间建立连接，主要的过程是：
发起方二层无线资源管理器首先建立两张空的连接表，分别用于记录为了获取所需的无线资源和缓存资源，所需要建立连接的二层无线资源管理器信息；通过干扰水平来衡量无线资源的转移会对整个网络造成的干扰影响，为了有效降低这种干扰，使得部分无线资源的调整对现有网络运行造成的影响最小，此时优先选取干扰水平最小的二层无线资源管理器所提供的资源，这时将对应的二层无线资源管理器信息更新至连接表中，提供给之后正式建立连接进行资源交互使用；如果只接收一个切片调整的资源后仍不能满足当前切片的需求，此时选择干扰水平次小的切片所提供的资源，同时将该切片所对应的二层无线资源管理器信息更新至连接表，以此类推，一直到选定的切片能提供所需求的无线资源后停止，如果遍历所有可提供资源的切片，它们能提供的资源总和都不能满足当前切片的资源需求，此时进入事件触发模式，请求集中式上层无线资源管理器进行资源全局的重分配。
同样的，时延水平主要衡量缓存资源的调整对于时延情况的影响，为了有效降低用户获取内容的时间，优先选取时延水平最低的二层无线资源管理器，并更新对应的连接表，直至缓存资源能够满足请求切片需求后停止；通过以上规则确定好需要建立交互的二层无线资源管理器后，发起方二层资源管理器根据连接表内的信息向这些管理器发送请求建立连接确认信号，相应的二层无线资源管理器接收到信号后正式与发起方二层无线资源管理器建立连接，进行切片间的资源调整，并且将资源变更情况反馈给集中式上层无线资源管理器，集中式资源管理器及时更新资源分配情况，并将最新的资源分配结果作为下一个周期资源分配的参考依据。
步骤5046、进入事件触发模式，直接请求集中式上层无线资源管理器进行资源重新分配。
步骤505、每个切片继续进入下一个T2周期，返回步骤502；
步骤506、当时间T达到周期T1，进入T1周期触发模式并重新进行资源重分配，返回步骤501；
T1周期触发模式是每经过T1时间长度，集中式上层无线资源管理器就会根据当前的网络运行状态重新进行一次全局的资源分配，确保为每个切片分配的资源使得整个网络性能达到全局最优。
如图5所示，所述集中式上层无线资源管理器被触发进行资源分配存在两种模式，一种是周期性触发模式，另一种是事件触发模式；当整个网络正常运行，各切片业务性能都能满足的情况下，采用周期性触发的方式进行资源重分配。更为具体的，集中式上层无线资源管理器进行周期性资源分配时，周期长度T1可以根据网络实际状况进行动态调整，主要考虑切片内部业务量和终端接入请求数量是否有较大的起伏变化。
如果各切片内的业务量和终端请求数量在较长一段时间内波动不明显(可根据具体切片的实际情况定义一个波动范围值，在波动范围内，表征波动不明显)，即认为网络状态稳定，切片对于资源的需求也相应稳定，此时集中式上层无线资源管理器的资源重分配周期可以适当延长，降低频繁分配为网络带来不必要的成本浪费；
如果各切片内的业务量和终端接入请求数量在一段时间频繁出现较大幅度的变化，即认为当前网络状态不稳定，各切片对于资源的需求量在短时间内也会出现明显波动，此时集中式上层无线资源管理器需要缩短资源重分配周期以适应网络变化，从而有效保障资源分配方案能更好满足各切片的实时需求，提升网络性能。
更具体的，在每个资源分配周期T1开始时，所述集中式上层无线资源管理器根据当前网络状况以及资源需求情况，联合优化全局的无线资源和缓存资源，并依据切片业务特性为每个切片确定具体的分配策略，具体过程如下所述：
(1)集中式上层无线资源管理器为各二层无线资源管理器分配无线资源。
无线资源主要包括：时域资源、频域资源和功率资源等；
所述集中式资源管理器为不同切片分配的无线资源可能是相互正交也可能是彼此复用的，具体的分配原则是：当资源充足时，为各切片分配相互正交的资源，从而有效避免切片间因使用相同无线资源而产生的干扰；当资源出现少量不足时，采用部分资源复用方式，此时为空间上相距较远的切片分配部分复用资源，相距较近的切片仍分配正交资源；当资源出现严重紧张时，采用资源完全复用方式，但是为了最大程度降低干扰，保障切片中的业务性能，仍采用为空间上相距较远的切片分配相同的资源，为相距较近的切片分配不同的资源。
所述集中式上层无线资源管理器基于各切片内的业务特性，以及为其分配的时频资源情况，直接采用开环功率控制的方法确定每个切片最大允许的发射功率，通过限制每个切片内接入节点和终端的最大发射功率，控制各切片间的干扰在允许接受的范围内，从而保障整个网络中各切片中业务的正常运行。
(2)集中式上层无线资源管理器为各二层无线资源管理器分配专用的缓存资源和缓存推送规则。
缓存资源主要包括：存储空间、文件内容，业务能力等。存储空间由设备本身决定，空间大小决定着存储内容的数量以及业务处理能力；文件内容主要指一些终端请求获取的内容，如手机应用、视频文件等。业务能力主要指一些下沉的业务功能，利用其提供的信号处理能力实现业务本地处理，如核心网MME功能下沉至本地缓存。
缓存推送规则主要包括：缓存更新周期、缓存替换原则，业务缓存优先级等；缓存更新周期主要由切片内业务属性决定，如果业务对于文件内容有较强的时效性要求，则需要对缓存内容进行频繁更新，此时设置较短的更新周期，如果业务对于文件内容的需求变化不大，则可以适当延长更新周期，降低重复更新缓存的成本；缓存替换采用基于流行度替换方式，用流程度高的缓存内容替换不流行的内容，从而提高内容的击中率。业务缓存优先级主要依据业务对于缓存的需求程度确定，对缓存资源需求越高的切片为其指定的优先级越高，然后基于优先级顺序集中式上层资源管理器为各切片分配相应的缓存资源。
更为具体的，针对四种典型应用，业务缓存的优先级顺序依次为：低时延高可靠通信应用、大连接物联网应用、热点高容量应用、广域无缝覆盖应用，其优先级的确定依据进一步描述为：
(1)低时延高可靠通信应用为了实现毫秒级时延，主要通过降低传输距离，在本地完成业务处理的方式，通常采用的传输模式为接入F-AP或者F-UE间终端直通，F-AP和F-UE中的缓存内容直接决定着该应用的关键性能否被满足，此时对于缓存资源的需求程度是最高的，优先级也定为最高。
(2)大连接物联网应用为了实现超大规模的连接能力，主要采用分簇接入的方式，带有终端直通功能的节点进行分簇组网，选择一个处理能力较强的节点作为簇头，并通过簇头汇聚统一接入网络，此时作为簇头节点，或者是簇内一些关键的中间节点(被称为簇内骨干节点)都需要具有一定的信号处理能力，对于缓存资源的要求也相对较高，因此将该应用场景进行缓存资源分配的优先级定为第二。
(3)热点高容量应用为了实现热点区域高流量密度，通常采用接入BBU Pool进行集中云计算处理，同时还可能会部署少量F-AP在业务量极高的区域，将部分业务在本地完成处理，该部分F-AP会对缓存资源有一定要求，但是需求程度不强，应用的关键性能主要由集中式云处理进行保障，此时将分配缓存资源的优先级定为第三。
(4)广域无缝覆盖应用中接入终端数量与业务请求量都相对较少，主要需要实现网络无缝覆盖，通常采用部署高功率节点HPN，结合多天线技术的方法实现，而不需要额外部署缓存节点进行本地业务分流，因此对于缓存资源基本没有特定需求。
针对不同的切片可能需要缓存相同的内容，为了减少重复缓存相同内容的情况，最大程度的利用有限空间缓存更多的内容，此时内容在缓存空间中具体位置的确定主要采用以下规则：
根据缓存节点的服务范围，网络中缓存节点的部署可以分为两大类，一类是带缓存的节点只服务一个切片，其缓存空间的内容全部提供给所在切片内的用户使用，另一类是带缓存的节点同时服务多个切片，则其缓存空间中的内容可同时提供给多个切片中的用户使用。
对于只服务一个切片的缓存节点，根据服务范围内的用户业务请求情况，尽可能的将所需的内容缓存至离用户更近的节点，缩短用户获取内容的传输距离从而降低时延以及功耗；对于能同时服务多个切片的缓存节点，需要同时考虑多个切片内用户业务的请求情况，优先缓存多个切片共同需要的内容，这样只需缓存一份内容就能满足多个切片中的用户请求，提升了缓存内容的使用价值。
更为具体的，下面结合实施例进行进一步说明所述的缓存规则：
如图6所示，网络中存在两个切片，分别由3个F-AP为切片内用户提供服务，其中，F-AP1同时服务两个切片中的UE1和UE4，F-AP2专属服务切片1中的UE2和UE4，F-AP3专属服务切片2中的UE3。
两个切片中用户所需求的缓存内容有相同的部分也有各自不同的部分，此时缓存内容的部署位置确定按照上述原则，即F-AP1中优先缓存UE1和UE4相同的需求内容，这部分内容所占的空间称为共享空间；如果缓存完该部分内容后仍有空间剩余，则可以继续缓存UE1和UE4各自所需的内容，这部分内容所占的空间统称为专用空间，分别为专用空间1和专用空间2。
随着用户请求业务内容的变化，缓存内容也会随之改变，这时共享空间与专用空间的大小也会做相应调整，可能出现整个缓存空间都存下两个切片用户共享的内容，此时都为共享空间，也可能整个空间都存某个切片内用户所需的内容，此时都为专用空间；对于F-AP2和F-AP3，由于其只服务于自己所在切片内的用户，所以缓存空间是所服务用户专用的，不会出现与其它切片用户共享空间的情况，都为专用空间，此时缓存内容部署位置就尽量选在离目标终端距离近的缓存节点，从而降低用户获取内容的时延以及功耗。
根据各切片中用户和业务性能的动态变化，集中式上层无线资源管理器和各二层无线资源管理器不断优化调整整个网络中的资源配置情况，使得网络始终能满足不同切片的性能要求。
基于统一管控的资源管理方法，完整的给出了资源分配流程和循环迭代过程。
首先，集中式上层无线资源管理器根据当前切片信息、切片资源请求信息以及无线网络环境情况等信息为各二层无线资源管理器进行集中的资源分配，同时开始计时T＝0。
网络运行过程中，各二层无线资源管理器负责监测切片内部运行状况，同时进行切片内部资源调整来满足业务性能的动态变化；当业务性能下降明显，内部调整资源不能满足需求时，则立即进入事件触发模式，请求集中式上层无线资源管理器进行资源重分配；如果切片内部调整能满足各业务需求，二层无线资源管理器持续监测调整切片内资源分配情况。
只有当时间到达T2的整数倍时，网络才会进入T2周期触发模式，此时各二层无线资源管理器根据当前切片运行状况，通过建立连接进行资源的分布式协调；如果通过切片间调整资源，能够满足所有切片的性能需求，则二层无线资源管理器重新转入切片内资源调整过程；如果切片间调整仍不能满足某些切片的性能需求，此时立即进入事件触发模式，请求集中式上层无线资源管理器进行全局资源重配置。
当时间达到T1(T1＝T2*N)时，此时网络直接进入T1周期触发模式，由集中式上层无线资源管理器进行资源的重新分配，综合当前的网络情况、业务和终端的性能需求制定出全局最优的资源分配方案，使得网络性能状态达到最佳。
Claims (4)
1.一种基于无线网络切片的资源管理方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、根据当前网络中所有接入业务的业务特性，接入网切片编排器将网络划分成多个不同类型的无线网络切片；
步骤二、集中式上层无线资源管理器根据划分的无线网络切片信息进行自身配置；
无线网络切片信息包括切片类型，业务特性，传输效用和干扰抑制需求；
步骤三、集中式上层无线资源管理器根据各切片内的传输模式，资源需求情况和业务性能指标，为每个切片配置专用的二层无线资源管理器；
步骤四、每个二层无线资源管理器预估出所在切片内业务和用户的无线资源和缓存资源需求情况，并统一上报至集中式上层无线资源管理器；
步骤五、集中式上层无线资源管理器根据所有切片的资源需求预估信息，以T1为周期进行全局的资源分配，同时在T1周期内划分T2周期，二层无线资源管理器完成资源在切片间的局部调整；
资源分配包括无线资源、缓存资源和缓存推送规则的分配；
无线资源包括：时域资源、频域资源和和功率资源；
缓存资源包括切片的存储空间、文件内容和业务能力；
缓存推送规则主要包括：缓存更新周期、缓存替换原则和业务缓存优先级；
具体步骤如下：
步骤501、集中式上层无线资源管理器将全局资源分配方案下发至对应切片的二层无线资源管理器后，所有资源管理器开始计时T＝0；
步骤502、各二层无线资源管理器根据分配的资源，进行切片内部具体的资源分配与调整；
步骤503、判断网络运行过程是否进入事件触发模式，如果是，返回步骤501重新进行资源重分配；否则，进入步骤504；
步骤504、在T1周期内划分T2周期，当计时T达到某个T2时刻，针对每个切片，判断该切片当前的切片性能是否都得到满足，如果是，进入步骤505；否则，进入T2周期触发模式进行切片间的资源调整；
T1周期为T2周期的N倍；切片间的资源调整具体步骤如下：
步骤5041、当前某切片的资源情况不能满足自身业务的性能需求，则对应的二层无线资源管理器通过广播形式发起资源调整的请求；
步骤5042、其余的二层无线资源管理器接收到资源请求信息后，根据自身切片的运行情况判断是否能提供部分资源，如果是，将可调整的资源信息反馈给发起请求的二层无线资源管理器，并进入步骤5043；否则，进入步骤5046；
步骤5043、发起方二层无线资源管理器在所有可提供资源的切片中进行选择，选取当前无线资源对应干扰水平最小的切片和缓存资源对应时延水平最小的切片，分别作为调整两种资源的待连接切片，并更新连接表；
步骤5044、判断待连接切片所提供的资源能否满足切片需求，如果是，根据连接表与对应切片建立连接，进行信息交互，实现资源调整；否则，进入步骤5045；
步骤5045、继续判断是否还存在能提供资源的其它切片，如果是，返回步骤5043；否则，进入步骤5046；
步骤5046、进入事件触发模式，直接请求集中式上层无线资源管理器进行资源重新分配；
步骤505、每个切片继续进入下一个T2周期，返回步骤502；
步骤506、当时间T达到周期T1，进入T1周期触发模式并重新进行资源重分配，返回步骤501；
T1周期触发模式是每经过T1时间长度，集中式上层无线资源管理器就会根据当前的网络运行状态重新进行一次全局的资源分配，确保为每个切片分配的资源使得整个网络性能达到全局最优。
2.如权利要求1所述的一种基于无线网络切片的资源管理方法，其特征在于，所述的步骤三中，每个切片配置有专用的二层无线资源管理器，主要负责完成三方面的功能：功能一，根据历史接入信息、业务种类和当前用户请求接入信息，负责预估出当前切片所需的无线资源和缓存资源情况并上报至集中式上层无线资源管理器；功能二，为切片提供对外的交互接口，不同切片之间能够进行信息交互，从而实现资源在切片间的分布式调整；功能三，对切片内所有用户进行集中管控，通过优化资源分配，在保障切片专属性能满足的基础上，最大化资源的利用效率。
3.如权利要求1所述的一种基于无线网络切片的资源管理方法，其特征在于，所述的步骤五中，集中式上层无线资源管理器搜集接入网切片编排器的切片配置信息、各切片的资源请求信息和无线接入网状态信息，对网络资源进行统一管控，根据不同无线网络切片的业务性能需求，为每个切片确定具体的资源分配方案，输出切片所使用的频谱带宽信息、允许最大发射功率以及缓存配置信息，并且将最终的资源分配方案通过控制信令发送至每个对应的无线网络切片，同时反馈给接入网切片编排器。
4.如权利要求1所述的一种基于无线网络切片的资源管理方法，其特征在于，所述的步骤5043中，发起方二层无线资源管理器分别从所有可调整的无线资源和缓存资源中，优先选取干扰水平和时延水平最小的资源，并将对应的二层无线资源管理器信息更新至连接表中，如果只接收一个切片调整的资源后仍不能满足当前切片需求，此时继续选择干扰水平和时延水平次小的资源并更新连接表信息，以此类推，直到选定的切片能提供所需求的资源停止，完成整个待连接切片的选择。
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