CN107819496B - 一种sdn化的5g网络系统及其协作控制方法 - Google Patents

一种sdn化的5g网络系统及其协作控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107819496B
CN107819496B CN201711041233.6A CN201711041233A CN107819496B CN 107819496 B CN107819496 B CN 107819496B CN 201711041233 A CN201711041233 A CN 201711041233A CN 107819496 B CN107819496 B CN 107819496B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sivm
virtual machine
network
base station
sdn
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711041233.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107819496A (zh
Inventor
付澍
杨祥月
简鑫
蔡岳平
蒋卫恒
梁靓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN201711041233.6A priority Critical patent/CN107819496B/zh
Publication of CN107819496A publication Critical patent/CN107819496A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107819496B publication Critical patent/CN107819496B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/022—Site diversity; Macro-diversity
    • H04B7/026—Co-operative diversity, e.g. using fixed or mobile stations as relays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明提供了一种SDN化的5G网络系统及其协作控制方法，系统架构分为基础架构层、控制层和应用层，基础架构层包括基站和交换器，控制层设置有多个控制器，应用层主要用于确定业务的QoS需求，其特征在于：每个交换器中的服务器通过服务器虚拟化技术分解为至少以下四种虚拟机：EE‑SIVM虚拟机、CP‑SIVM虚拟机、DP‑CIVM虚拟机以及CC‑CIVM虚拟机。其效果是：充分应用SDN化的5G网络超强控制能力，结合多点协作控制思想，既能实现基站的协作发送和开关切换，又能实现远端服务数据的协作备份以及云计算控制，从不同角度出发将网络资源集中到业务需求量大、QoS要求高、网络可用有线传输、无线发送资源较少的区域，对5G超密集网络的系统性能提升、资源利用具有重要意义。

Description

一种SDN化的5G网络系统及其协作控制方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术，具体涉及一种SDN化的5G网络系统及其协作控制方法。
背景技术
随着无线网络多媒体化的发展，大量移动应用及服务不断被催生，新的商业机会也不断被创造，人类生活工作中的金融活动，社交活动等与移动网络绑定从而产生了“智慧城市”、“智慧网络”的信息社会远景。爆炸式增长的网络业务量和急剧涌现的各种新的业务模式使得5G网络从小区建设规模到资源消耗都呈现出“大规模”、“密集型”的特征。
首先，具有超大可用无线频域带宽的毫米波频段(millimeter waves，mmwave)被5G网络采用。其次，为了解决高频段的衰落，超密集型小区(ultra-dense small cell)和大规模MIMO技术(massive multiple input multiple output，massive MIMO)被进一步在5G中引入并得到广泛研究。然而，海量终端业务的接入及不断提升的用户业务需求等也给业务QoS(quality of service)保障下的5G网络承载、无阻塞有线路由、无线发送、系统成本及能效等方面带来了巨大的压力。
发明内容
本申请通过提供一种SDN(Software-Defined Networks，软件定义网络)化的5G网络系统，通过其强大的控制层对网络资源进行整体分配优化，同时结合多点协作，实现有限资源的最大化利用。
为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现：
一种SDN化的5G网络系统，系统架构分为基础架构层、控制层和应用层，所述基础架构层包括基站和交换器，所述控制层设置有多个控制器，所述应用层主要用于确定业务的QoS需求，其关键在于：每个基站作为终端接入点并形成超密集小区网络覆盖，多个基站通过有线链路连接到交换器中，在每个交换器中配置有多个服务器，每个交换器中的服务器通过服务器虚拟化技术分解为至少以下四种虚拟机：
EE-SIVM虚拟机：用于存储交换机所连接基站的端到端发送数据；
CP-SIVM虚拟机：用于实现远端业务供应商的数据备份；
DP-CIVM虚拟机：用于实现数据处理；
CC-CIVM虚拟机：用于实现云计算。
进一步地，远端业务提供者的数据分布式备份在相邻的多个CP-SIVM虚拟机中，当用户发起远端业务需求时，存储在本地CP-SIVM虚拟机中的远端数据备份将直接复制到本地EE-SIVM虚拟机中并通过基站服务用户，存储在非本地CP-SIVM虚拟机中的远端数据备份将通过短距离有线链路传输到本地EE-SIVM虚拟机中并通过基站无线协作服务用户。
进一步地，所述EE-SIVM虚拟机存储的数据包括源端交换器待有线传输至目的端交换器的数据缓存和交换器所连接基站待无线发送的数据缓存。
进一步地，所述CC-CIVM虚拟机作为云计算资源池，多个交换器处的CC-CIVM虚拟机相互协作支持控制层对网络的优化计算从而实现网络的快速优化及资源分配。
进一步地，基站与交换器之间的有线链路、交换器与交换器之间的有线链路以及交换器与控制器之间的有线链路均为光线通信链路。
基于上述系统架构改进，本发明还提出了一种SDN化的5G网络系统的协作控制方法，至少包括以下四种控制进程：A：基站协作发送控制进程；B：基站协作开关切换控制进程；C：基于CP-SIVM虚拟机的多点协作备份控制进程；D：基于CC-CIVM虚拟机的多点协作云计算控制进程。
进一步地，在所述基站协作发送控制进程中，通过超密集小区网络中的多个小区基站形成基站协作簇，对其覆盖范围内的边缘用户集合进行无线发送，用于提升小区边缘用户覆盖能力。
进一步地，在所述基站协作开关切换控制进程中，控制层中的控制器结合业务QoS需求及可再生能源对超密集网络内的基站进行合理的开关切换。
进一步地，在基于CP-SIVM虚拟机的多点协作备份控制进程中，控制层中的控制器将远端业务提供者的数据分布式备份在相邻的多个CP-SIVM虚拟机中，当用户发起远端业务需求时，存储在本地CP-SIVM虚拟机中的远端数据备份将直接复制到本地EE-SIVM虚拟机中并通过基站服务用户，存储在非本地CP-SIVM虚拟机中的远端数据备份将通过短距离有线链路传输到本地EE-SIVM虚拟机中并通过基站无线协作服务用。
进一步地，在基于CC-CIVM虚拟机的多点协作云计算控制进程中，控制层中的控制器根据网络优化需要将CC-CIVM虚拟机作为云计算资源池，多个交换器处的CC-CIVM虚拟机相互协作支持控制层对网络的优化计算。
与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：
本发明充分应用SDN化的5G网络超强控制能力，结合多点协作控制思想，在基础架构层中的交换机中配置多个服务器，并利用虚拟化技术将其按照功能需求分解为多个虚拟机，既能实现基站的协作发送和开关切换，又能实现远端服务数据的协作备份以及云计算控制，从不同角度出发将网络资源集中到业务需求量大、QoS要求高、网络可用有线传输、无线发送资源较少的区域，对5G超密集网络的系统性能提升、资源利用具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的网络系统架构图；
图2为服务器虚拟化架构图；
图3为远端数据备份存储与端到端数据存储状态图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种SDN化的5G网络系统及其协作控制方法，以解决现有移动通信网络资源有限，难以协同，无法满足高QoS业务需求的技术缺陷。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。
如图1和图2所示，一种SDN化的5G网络系统，系统架构分为基础架构层、控制层和应用层，所述基础架构层包括基站和交换器，所述控制层设置有多个控制器，所述应用层主要用于确定业务的QoS需求，每个基站作为终端接入点并形成超密集小区网络覆盖，多个基站通过有线链路连接到交换器中，在每个交换器中配置有多个服务器，每个交换器中的服务器通过服务器虚拟化技术分解为多种虚拟机，本实施例主要包括即以数据存储为主的虚拟机(SIVM，storage-intense virtual machine)和以计算为主的虚拟机(CIVM,computation-intense virtual machine)，其中：
SIVM用于交换器存储该交换机所连接基站的端到端发送数据(end-end storage-intense virtual machine，EE-SIVM)或远端业务供应商的数据备份(content providerstorage-intense virtual machine，CP-SIVM)。CIVM用于控制层的并行云计算或缓存内的数据处理。
CIVM又分为以数据处理为主的DP-CIVM(data processing-computation-intensevirtual machine)和以云计算为主的CC-CIVM(cloud computing-computation-intensevirtual machine)。DP-CIVM、CC-CIVM组成了基础架构层的控制面，而SIVM、交换器、基站等设施组成了基础架构层的用户面。SIVM分为以远端业务提供者数据备份为主的CP-SIVM和以有线传输或无线发送数据缓存为主的EE-SIVM。
结合图2和图3可以看出，CP-SIVM可视为存储即服务(CaaS，caching-as-server)，即通过远端数据在近端交换器CP-SIVM中的存储，网络内用户业务可直接从近端获取从而减少了有线传输负载、无阻塞有线传输资源消耗和有线传输时延。考虑到交换器上的CP-SIVM容量限制，远端业务提供者的数据将分布式备份在相邻的若干CP-SIVM中，当用户发起远端业务需求时，存储在近端本地CP-SIVM的远端数据备份将直接复制后存储在本地EE-SIVM中并通过基站服务用户，存储在近端非本地CP-SIVM的远端数据备份将通过短距离有线传输到用户的本地EE-SIVM中并通过基站无线协作发送服务于用户。EE-SIVM用于业务端到端的数据存储，具体包含了源端交换器待有线传输至目的端交换器的数据缓存和交换器所连接基站待无线发送的数据缓存。EE-SIVM的容量大小影响着有线传输时延限制和无线发送时延限制，从而进一步的对有线传输资源消耗和无线发送的能耗产生影响。在CIVM方面，DP-CIVM用于EE-SIVM内存储数据有线传输或无线发送时必要的数据处理，如数据分组排序等。各交换器处所有的CC-CIVM可视为云计算资源池，多个交换器处的CC-CIVM可以相互协作支持控制层对网络的优化计算从而实现网络的快速优化及资源分配。CC-CIVM所支持的高速并行云计算可从全局角度实现更优越和稳定的网络多点协作算法。这种云计算架构使得网络优化能力具有很大的可扩展性，从而可以聚集网络内可利用的计算资源实现快速网络优化。
值得注意的是，图1中的交换器之间由有线网络连接，考虑到下一代5G网络中业务量大、业务需求高的特点，具有大容量、低时延及并行发送能力的有线连接网络将有利于5G网络性能提升。Wavelength division multiplexing(WDM)光网连接很好的满足了这一需求，本实施中，我们设定交换器之间由WDM光网连接，也适用于任意具有大容量、并行发送能力的有线传输网络。每个地理区域内的交换器通过有线连接到服务该区域的控制器，若干控制器之间进行相互协作在CC-CIVM支持下进行具有全局意识的网络优化。
基于上述系统架构改进，由于服务器虚拟化的引进使得5G超密集网络中的网络多点协作方式包含基于EE-SIVM的基站协作发送、基站协作开关切换、基于CP-SIVM的多点协作备份和基于CC-CIVM的多点协作云计算，因此，本发明提出的一种SDN化的5G网络系统的协作控制方法，至少包括以下四种控制进程：A：基站协作发送控制进程；B：基站协作开关切换控制进程；C：基于CP-SIVM虚拟机的多点协作备份控制进程；D：基于CC-CIVM虚拟机的多点协作云计算控制进程，基于上述4种控制进程的协作控制，超密集网络中多点协作技术从范围、内涵上都得到了进一步的延伸，从而使得网络资源利用率得到更大的提升。
具体而言，基站协作发送通过超密集小区网络中的多个小区基站形成基站协作簇，对其覆盖范围内的边缘用户集合进行无线发送提升小区边缘用户覆盖能力。基站协作开关切换结合业务QoS需求及可再生能源等对超密集网络内的基站进行合理的开关切换，从而有效的减少无线发送能耗。CP-SIVM多点协作备份是指服务器虚拟化后，远端业务在近端若干CP-SIVM进行协作存储以减少有线传输的资源消耗、时延和路由距离。CC-CIVM多点协作云计算指控制层根据网络优化需要将多点的CC-CIVM虚拟机进行聚合形成云资源池支持高速网络优化算法。另一方面，由于服务器容量限制，服务器虚拟机需要基于网络长期业务需求及拓扑状态、无线信道平均增益等进行分配。服务器虚拟机经过长周期时间重新分配一次，基站协作发送及协作开关状态经过短周期时间更改一次。本发明将针对服务器虚拟化给超密集网络中多点协作技术带来的上述新的研究内容进行研究，解决了5G超密集网络爆炸式增长的业务量和业务QoS需求带来的网络长周期规划中服务器虚拟机分配问题和短周期规划中基于EE-SIVM虚拟机容量的基站协作发送及协作开关问题，以及有线传输中时延可控的实时业务调度及路由问题等。因此，本发明对5G超密集网络的系统性能提升、资源利用等亟需被解决的关键问题将具有重要意义。
最后应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种SDN化的5G网络系统，系统架构分为基础架构层、控制层和应用层，所述基础架构层包括基站和交换器，所述控制层设置有多个控制器，所述应用层主要用于确定业务的QoS需求，其特征在于：每个基站作为终端接入点并形成超密集小区网络覆盖，多个基站通过有线链路连接到交换器中，在每个交换器中配置有多个服务器，每个交换器中的服务器通过服务器虚拟化技术分解为至少以下四种虚拟机：
EE-SIVM虚拟机：用于存储交换机所连接基站的端到端发送数据；
CP-SIVM虚拟机：用于实现远端业务供应商的数据备份；
DP-CIVM虚拟机：用于实现数据处理；
CC-CIVM虚拟机：用于实现云计算；
远端业务提供者的数据分布式备份在相邻的多个CP-SIVM虚拟机中，当用户发起远端业务需求时，存储在本地CP-SIVM虚拟机中的远端数据备份将直接复制到本地EE-SIVM虚拟机中并通过基站服务用户，存储在非本地CP-SIVM虚拟机中的远端数据备份将通过短距离有线链路传输到本地EE-SIVM虚拟机中并通过基站无线协作服务用户。
2.根据权利要求1所述的一种SDN化的5G网络系统，其特征在于：所述EE-SIVM虚拟机存储的数据包括源端交换器待有线传输至目的端交换器的数据缓存和交换器所连接基站待无线发送的数据缓存。
3.根据权利要求1所述的一种SDN化的5G网络系统，其特征在于：所述CC-CIVM虚拟机作为云计算资源池，多个交换器处的CC-CIVM虚拟机相互协作支持控制层对网络的优化计算从而实现网络的快速优化及资源分配。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种SDN化的5G网络系统，其特征在于：基站与交换器之间的有线链路、交换器与交换器之间的有线链路以及交换器与控制器之间的有线链路均为光线通信链路。
5.如权利要求1所述的一种SDN化的5G网络系统的协作控制方法，其特征在于至少包括以下四种控制进程：A：基站协作发送控制进程；B：基站协作开关切换控制进程；C：基于CP-SIVM虚拟机的多点协作备份控制进程；D：基于CC-CIVM虚拟机的多点协作云计算控制进程。
6.根据权利要求5所述的一种SDN化的5G网络系统的协作控制方法，其特征在于：在所述基站协作发送控制进程中，通过超密集小区网络中的多个小区基站形成基站协作簇，对其覆盖范围内的边缘用户集合进行无线发送，用于提升小区边缘用户覆盖能力。
7.根据权利要求5所述的一种SDN化的5G网络系统的协作控制方法，其特征在于：在所述基站协作开关切换控制进程中，控制层中的控制器结合业务QoS需求及可再生能源对超密集网络内的基站进行合理的开关切换。
8.根据权利要求5所述的一种SDN化的5G网络系统的协作控制方法，其特征在于：在基于CP-SIVM虚拟机的多点协作备份控制进程中，控制层中的控制器将远端业务提供者的数据分布式备份在相邻的多个CP-SIVM虚拟机中，当用户发起远端业务需求时，存储在本地CP-SIVM虚拟机中的远端数据备份将直接复制到本地EE-SIVM虚拟机中并通过基站服务用户，存储在非本地CP-SIVM虚拟机中的远端数据备份将通过短距离有线链路传输到本地EE-SIVM虚拟机中并通过基站无线协作服务用。
9.根据权利要求5所述的一种SDN化的5G网络系统的协作控制方法，其特征在于：在基于CC-CIVM虚拟机的多点协作云计算控制进程中，控制层中的控制器根据网络优化需要将CC-CIVM虚拟机作为云计算资源池，多个交换器处的CC-CIVM虚拟机相互协作支持控制层对网络的优化计算。
CN201711041233.6A 2017-10-30 2017-10-30 一种sdn化的5g网络系统及其协作控制方法 Active CN107819496B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711041233.6A CN107819496B (zh) 2017-10-30 2017-10-30 一种sdn化的5g网络系统及其协作控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711041233.6A CN107819496B (zh) 2017-10-30 2017-10-30 一种sdn化的5g网络系统及其协作控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107819496A CN107819496A (zh) 2018-03-20
CN107819496B true CN107819496B (zh) 2020-10-13

Family

ID=61603380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711041233.6A Active CN107819496B (zh) 2017-10-30 2017-10-30 一种sdn化的5g网络系统及其协作控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107819496B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112902969B (zh) * 2021-02-03 2023-08-01 重庆大学 一种无人机在数据收集过程中的路径规划方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101729592A (zh) * 2008-10-29 2010-06-09 中国移动通信集团公司 一种分布式通信网络、设备及通信网络分离方法
CN104869654A (zh) * 2015-04-07 2015-08-26 北京邮电大学 一种资源调配系统、基站、设备及方法
CN106714184A (zh) * 2017-01-19 2017-05-24 中山大学 一种基于sdn的c‑ran网络中计算资源和数据链路动态配置的方法
CN106851738A (zh) * 2017-01-25 2017-06-13 南京邮电大学 面向lte小基站超密集组网的软件定义无线网络体系架构及方法
CN107005964A (zh) * 2014-12-16 2017-08-01 华为技术有限公司 控制设备、网络设备及其方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9930587B2 (en) * 2015-09-18 2018-03-27 Huawei Technologies Co., Ltd. Distributed virtual gateways

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101729592A (zh) * 2008-10-29 2010-06-09 中国移动通信集团公司 一种分布式通信网络、设备及通信网络分离方法
CN107005964A (zh) * 2014-12-16 2017-08-01 华为技术有限公司 控制设备、网络设备及其方法
CN104869654A (zh) * 2015-04-07 2015-08-26 北京邮电大学 一种资源调配系统、基站、设备及方法
CN106714184A (zh) * 2017-01-19 2017-05-24 中山大学 一种基于sdn的c‑ran网络中计算资源和数据链路动态配置的方法
CN106851738A (zh) * 2017-01-25 2017-06-13 南京邮电大学 面向lte小基站超密集组网的软件定义无线网络体系架构及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于C-RAN的5G无线接入网架构;雷秋燕等;《电信科学》;20150131(第1期);正文2-9页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107819496A (zh) 2018-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Peng et al. Fog-computing-based radio access networks: Issues and challenges
CN110392079B (zh) 面向雾计算的节点计算任务调度方法及其设备
Zhang et al. Self-sustaining caching stations: Toward cost-effective 5G-enabled vehicular networks
JP2021512525A (ja) モノのインターネット環境におけるフォグコンピューティングアーキテクチャ
Meng et al. Integration application of 5g and smart grid
Kitanov et al. Energy efficiency of Fog Computing and Networking services in 5G networks
Tan et al. Resource allocation of fog radio access network based on deep reinforcement learning
Li et al. Resource allocation for cache-enabled cloud-based small cell networks
Kabir et al. Energy-aware caching and collaboration for green communication systems.
Li et al. Collaborative hierarchical caching for traffic offloading in heterogeneous networks
CN107819496B (zh) 一种sdn化的5g网络系统及其协作控制方法
Chandra et al. Multi Agent Deep Reinforcement learning with Deep Q-Network based energy efficiency and resource allocation in NOMA wireless Systems
Naveen et al. Qualitative study of existing research techniques on wireless mesh network
Zhao et al. Femtocaching assisted multi-source D2D content delivery in cellular networks
Li et al. Collaborative hierarchical caching in cloud radio access networks
Singh et al. A review on cellular network infrastructure evolution: challenges and opportunities
Anastasopoulos et al. Optical wireless network convergence in support of energy-efficient mobile cloud services
Hu et al. An efficient deep reinforcement learning based distributed channel multiplexing framework for V2X communication networks
Li et al. Dynamic cache placement, node association, and power allocation in fog aided networks
CN103945386A (zh) Ad Hoc网络中空时频三维资源分配方法
Marzouk et al. Virtual networking for lowering cost of ownership
Chughtai et al. Energy efficiency maximization in green energy aided heterogeneous cloud radio access networks
Liu Research on resource allocation and optimization technology in 5G communication network
Sun et al. Recent Advances of Heterogenous RadioAccess Networks: A Survey.
CN102170700A (zh) 一种蜂窝ad hoc网络无线资源优化分配方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant