CN108076531A - 一种面向多服务商的无线网络切片资源动态分配方法 - Google Patents
一种面向多服务商的无线网络切片资源动态分配方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明针对多服务商无线网络切片提出了一种资源动态分配方法，用来解决切片网络中资源动态调度的问题。所述无线网络由远端射频单元RRH和基带处理单元BBU等组成，所述方法包括RRH内部资源分配，RRH间资源动态调整，以及用户切换、用户接入、用户离开时整个网络的资源动态调整。本发明针对不同服务商用户之间的业务差异性以及不同服务商用户所处的不同的信道环境，提出的RRH内两层资源分配策略，确保了资源分配公平性和有效性；现有的针对网络切片集中式资源动态分配方法的计算复杂度高，用户数目大时实现困难，本发明提出的分布式资源动态调整策略，可有效降低网络资源动态分配的复杂度，保证资源分配的实时性。
Description
技术领域
本发明涉及无线资源分配领域，具体涉及一种面向多服务商的无线网络切片资源动态分配方法。
背景技术
自20世纪80年代移动通信诞生以来，历经了2G、3G到如今的4G时代，无线网络的性能及其承载的业务呈现爆炸增长的状态，这不仅极大地方便了人们的生活，也成为支撑国家经济发展的重要基础。随着4G网络的规模化部署，多样业务如物联网、无人驾驶、高铁通信等不断涌现并快速发展，给即将到来的5G网络提出了连续广域覆盖这一性能要求。连续广域覆盖以保证用户的移动性和业务连续性为目标，力为用户提供无缝的高速业务体验，如随时随地(包括小区边缘、高速移动等恶劣环境)为用户提供100Mbps以上的用户体验速率。
现有的单一网络架构无法满足5G时代多样场景下连续广域覆盖的性能需求，若为每种应用场景分别建立物理网络又会导致网络体系复杂且建设成本极大。为了解决上述问题，下一代移动网络联盟(NGMN)提出了网络切片技术。基于软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)等技术，网络切片技术可以在一个物理网络中切片分出多个虚拟的端到端切片网络，每个切片在设备、接入网、传输网以及核心网方面实现逻辑隔离，适配各种类型服务并满足用户的不同需求。不同切片可提供不同的资源配置。不同切片用户可以理解为具有不同需求的用户，如语音用户和车联网用户，他们对于移动通信所需求的资源不用，所以接入不同的切片网络。同时，网络切片技术也给无线网络的资源管理提出了新的要求。
传统的无线网络中，资源调度往往是以基站为单位将无线资源分配给其服务的用户，而不同基站之间往往不存在交互或只有很简单的交互。而在网络切片技术中，由于虚拟化和集中化的处理，使得网络有能力进行全网范围的资源动态分配，但是由于用户类型多样，数目众多，需要一种复杂度低实时性强同时又能保证用户差异性和公平性的资源动态分配方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向多服务商的无线网络切片资源动态分配方法，以解决网络切片中资源实时动态分配调度的问题。
基于上述目的，本发明提供一种面向多服务商的无线网络切片资源动态分配方法，其中所述无线网络由远端射频单元(RRH)和基带处理单元(BBU)以及光纤传输网络组成，所述RRH依据多服务商用户的不同需求，划分为若干网络切片，所述RRH通过所述光传输网连接至由多个BBU组成的虚拟基站池；所述资源动态分配方法包括：
对RRH进行内部资源分配，
对RRH间的资源进行动态调整，以及
在网络中用户切换、接入及离开时对RRH进行资源动态调整。
进一步地，所述对RRH进行内部资源分配包括对所述无线网络中的每个RRH执行以下步骤：
步骤一，统计各RRH内接入用户的信息，生成若干网络切片并确定不同切片的用户在资源分配上的权重值，所述信息包括业务需求、用户数量及用户状态信息；
步骤二，按比例公平原则给各服务商分配RRH内可用资源块；
步骤三，各服务商根据用户的信号干扰噪声比(SINR)值，按比例公平原则为每个用户分配资源块。
进一步地，所述对RRH间的资源进行动态调整包括以下步骤：
步骤一，从用户不稳定性排序集中选出前三个用户，依次尝试对每个用户执行切换，若任一用户可以接入到能提供更大接入速率的RRH中，则执行切换，并在发生切换的两个RRH内重新执行内部资源分配，同时记录切换次数加一，若切换次数小于设定的阈值，则执行步骤二；当切换次数大于阈值或三个用户均无法切换时，则网络处于相对稳定的状态，结束本次RRH间资源调整；
步骤二，将切换用户所在原RRH与新切换到RRH进行组成新的RRH对，生成用户不稳定性排序集，执行步骤一。
进一步地，在用户切换时进行的资源动态调整包括以下步骤：
步骤一，将切换用户接入到能提供最大SINR的RRH中，对用户原所在RRH和新接入的RRH执行内部资源重新分配；
步骤二，计算两个RRH的负载，并将两个RRH组成RRH对；
步骤三，计算RRH对中所有用户的不稳定性，并从大到小进行排序，得到用户不稳定性排序集；
步骤四，对用户不稳定性排序集执行RRH间资源调整。
进一步地，用户接入时进行的资源动态调整包括以下步骤：
步骤一，新用户到达时，将其接入到能提供最大接入SINR的RRH中并执行内部资源重新分配，然后将该用户接入的RRH与网络中负载最重的RRH组成RRH对，生成用户不稳定性排序集；
步骤二，对用户不稳定性排序集执行RRH间资源调整。
进一步地，用户离开时的资源动态调整包括以下步骤：
步骤一，当用户离开时，原RRH执行内部资源重新分配，然后选出与其所在原RRH距离最近的两个RRH组成RRH对，生成用户不稳定性排序集；
步骤二，对用户不稳定性排序集执行RRH间资源调整。
进一步地，所述按比例公平原则给各服务商分配RRH内可用资源块依据以下公式：
其中，Bi即代表服务商Wi分配到的资源块，B为RRH所有可用资源块，ωi为服务商Wi的权重值，Ni为服务商Wi下的用户数，W为服务商集合。
进一步地，所述各服务商根据用户的信号干扰噪声比(SINR)值，按比例公平原则为每个用户分配资源块，依据以下公式：
其中，Bu代表用户u分配到的资源块，Bi为服务商Wi拥有的总资源，SINRu为用户u的SINR，Ni为服务商Wi下的用户数。
进一步地，所述RRH负载计算公式如下：
其中，W为服务商集合，ωi为服务商Wi的权重值，Ni为接入RRHr中的服务商Wi下的用户数。
进一步地，所述用户不稳定性计算公式如下：
其中，Li为用户所在RRH的负载，SINRi为用户的SINR。
从上面所述可以看出，本发明针对不同服务商用户之间的业务差异性以及不同服务商用户所处的不同的信道环境，提出的RRH内两层资源分配策略，确保了资源分配公平性和有效性；现有的针对网络切片集中式资源动态分配方法的计算复杂度高，用户数目大时实现困难，本发明提出的分布式资源动态调整策略，可有效降低网络资源动态分配的复杂度，保证资源分配的实时性。
附图说明
图1是本发明实施例中无线网络模型的示意图；
图2是本发明实施例中RRH内部资源分配方法的流程图；
图3是本发明实施例中RRH间资源动态调整方法的流程图；
图4是本发明实施例中用户切换时的资源动态调整方法的流程图；
图5是本发明实施例中用户接入时的资源动态调整方法的流程图；
图6是本发明实施例中用户离开时的资源动态调整方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本实施例中，所示无线网络模型如图1所示，所述无线网络由远端射频单元(RRH)和基带处理单元(BBU)以及光纤传输网络组成，由多个BBU组成的虚拟基站池，通过光纤与多个RRH相连，所述RRH通过低延时、高带宽的光传输网连接至虚拟基站池，所述RRH具有简单的计算能力，以及多种无线资源，如带宽、发射功率、时隙等，本发明中将无线资源统一为无线资源块进行调度，所述RRH基于网络功能虚拟化和网络切片技术，按多服务商用户的不同需求，将无线网络资源逻辑划分为若干网络切片，服务多类移动用户。所述无线网络中有三种服务商，对应其下的A类用户，B类用户，C类用户。其中A类用户优先级和权重最高，用户数量较少，对业务实时性和链路稳定性要求也最高，例如车联网用户；B类用户优先级和权重次之，用户数量较少，对业务实时性和链路稳定性有一定要求，如VoLTE用户；C类用户优先级和权重较低，用户数量较多，对时延不敏感，只对带宽有要求，如普通多媒体数据用户。
本实施例中RRH内部资源分配策略流程如图2所示，具体步骤为：
步骤一，在RRH内部统计各服务商W下的用户数N；
步骤二，算出RRH中各用户的SINR，所用SINR计算公式如下：
其中，Pr为RRHr的发射功率，gur为用户u与RRHr之间的信道增益，R为RRH集合，σ2为噪声；
步骤三，确定各服务商在资源分配上的权重ω，按比例公平原则给各服务商分配资源块，所用资源块分配公式如下：
其中，B为所有可用资源块，ωi为服务商Wi的权重值，Ni为RRH内服务商Wi下的用户数，W为服务商集合；
步骤四，各服务商根据用户的SINR值，按比例公平原则为每个用户分配资源块，所用分配公式如下：
其中，Bu为用户u分配到的资源块，Bi为服务商Wi拥有的总资源，SINRu为用户u的SINR，Ni为RRH内服务商Wi下的用户数。
本实施例中RRH间网络资源动态调整策略流程图如附图3所示，具体步骤为：
步骤一，从生成的用户不稳定性排序集中选出前三个用户；
步骤二，尝试对第一个用户执行切换，若能切换，则执行步骤三，否则尝试对第二个用户执行切换，若能切换则执行步骤三，否则尝试对第三个用户执行切换，若能切换则执行步骤三，否则执行步骤七；
步骤三，将切换次数I的值加1，并对用户进行切换；
步骤四，对用户原所在RRH和新切换到的RRH执行内部资源分配；
步骤五，判断切换次数I的值是否小于设定的切换次数阈值N，若小于则执行步骤六，否则执行步骤七
步骤六，将用户原所在RRH与新切换到的RRH组成RRH对，并在该RRH中生成用户不稳定性排序集，执行步骤一；
步骤七，网络处于相对稳定状态，完成本次RRH间资源调整。
本发明实施例中用户切换时的网络资源动态调整流程图如附图4所示，具体步骤为：
步骤一，将切换用户接入到能提供最大SINR的RRH中；
步骤二，对用户原所在RRH和新接入的RRH执行内部资源重新分配；
步骤三，计算两个RRH的负载，并将两个RRH组成RRH对，所用RRH负载计算公式如下：
其中，Lr为RRHr的负载，W为服务商集合，ωi为服务商Wi的权重值，Ni为RRHr内服务商Wi下的用户数；
步骤四，计算RRH对中所有用户的不稳定性，并从大到小进行排序，得到用户不稳定性排序集，所述用户不稳定性计算公式如下：
其中，δi为用户i的不稳定性，Li用户不稳定性排序集为用户所在RRH负载，SINRi为用户的SINR；
步骤五，对用户不稳定性排序集执行RRH间资源调整。
本发明实施例中用户接入时的网络资源动态调整流程图如附图5所示，具体步骤为：
步骤一，新用户到达时，将其接入到能提供最大SINR的RRH中；
步骤二，对用户接入的RRH执行内部资源分配；
步骤三，统计所有RRH的负载情况；
步骤四，将新用户接入的RRH与网络中负载最重的RRH组成RRH对；
步骤五，统计RRH对中所有用户的不稳定性，并从大到小进行排序，生成用户不稳定性排序集；
步骤六，对用户不稳定性排序集执行RRH间资源调整。
本发明实施例中用户离开时的网络资源动态调整流程图如附图6所示，具体步骤为：
步骤一，用户离开时，对该用户所在的RRH执行内部资源分配；
步骤二，选出与该用户所在RRH距离最近的两个RRH；
步骤三，将两个RRH组成RRH对，并分别计算负载大小；
步骤四，计算RRH对中所有用户的不稳定性，并从大到小进行排序，生成用户不稳定性排序集；
步骤五，对用户不稳定性排序集执行RRH间资源调整。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种面向多服务商的无线网络切片资源动态分配方法，其中所述无线网络由远端射频单元(RRH)和基带处理单元(BBU)以及光纤传输网络组成，所述RRH依据多服务商用户的不同需求，将无线网络资源逻辑划分为若干网络切片，所述RRH通过所述光传输网连接至由多个BBU组成的虚拟基站池；其特征在于，所述资源动态分配方法包括：
对RRH进行内部资源分配，
对RRH间的资源进行动态调整，以及
在网络中用户切换、接入及离开时对RRH进行资源动态调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对RRH进行内部资源分配包括对所述无线网络中的每个RRH执行以下步骤：
步骤一，统计各RRH内接入用户的信息，生成若干网络切片并确定不同切片的用户在资源分配上的权重值，所述信息包括业务需求、用户数量及用户状态信息；
步骤二，按比例公平原则给各服务商分配RRH内可用资源块；
步骤三，各服务商根据用户的信号干扰噪声比(SINR)值，按比例公平原则为每个用户分配资源块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对RRH间的资源进行动态调整包括以下步骤：
步骤一，从用户不稳定性排序集中选出前三个用户，依次尝试对每个用户执行切换，若任一用户可以接入到能提供更大接入速率的RRH中，则执行切换，并在发生切换的两个RRH内重新执行内部资源分配，同时记录切换次数加一，若切换次数小于设定的阈值，则执行步骤二；当切换次数大于阈值或三个用户均无法切换时，则网络处于相对稳定的状态，结束本次RRH间资源调整；
步骤二，将切换用户所在原RRH与新切换到RRH进行组成新的RRH对，生成用户不稳定性排序集，执行步骤一。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在用户切换时进行的资源动态调整包括以下步骤：
步骤一，将切换用户接入到能提供最大SINR的RRH中，对用户原所在RRH和新接入的RRH执行内部资源重新分配；
步骤二，计算两个RRH的负载，并将两个RRH组成RRH对；
步骤三，计算RRH对中所有用户的不稳定性，并从大到小进行排序，得到用户不稳定性排序集；
步骤四，对用户不稳定性排序集执行RRH间资源调整。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，用户接入时进行的资源动态调整包括以下步骤：
步骤一，新用户到达时，将其接入到能提供最大接入SINR的RRH中并执行内部资源重新分配，然后将该用户接入的RRH与网络中负载最重的RRH组成RRH对，生成用户不稳定性排序集；
步骤二，对用户不稳定性排序集执行RRH间资源调整。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，用户离开时的资源动态调整包括以下步骤：
步骤一，当用户离开时，原RRH执行内部资源重新分配，然后选出与其所在原RRH距离最近的两个RRH组成RRH对，生成用户不稳定性排序集；
步骤二，对用户不稳定性排序集执行RRH间资源调整。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述按比例公平原则给各服务商分配RRH内可用资源块依据以下公式：
<mrow>
<msub>
<mi>B</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi>B</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>N</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<munder>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mi>W</mi>
</mrow>
</munder>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<msub>
<mi>N</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，Bi即代表服务商Wi分配到的资源块，B为RRH所有可用资源块，ωi为服务商Wi的权重值，Ni为服务商Wi下的用户数，W为服务商集合。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述各服务商根据用户的信号干扰噪声比(SINR)值，按比例公平原则为每个用户分配资源块，依据以下公式：
<mrow>
<msub>
<mi>B</mi>
<mi>u</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>B</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>log</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>SINR</mi>
<mi>u</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<munder>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>&Element;</mo>
<msub>
<mi>N</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
</munder>
<msub>
<mi>log</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>SINR</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，Bu为用户u分配到的资源块，Bi为服务商Wi拥有的总资源，SINRu为用户u的SINR，Ni为服务商Wi下的用户数。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述RRH负载计算公式如下：
<mrow>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<munder>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>&Element;</mo>
<mi>W</mi>
</mrow>
</munder>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msub>
<mi>N</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
其中，Lr为RRHr的负载，W为服务商集合，ωi为服务商Wi的权重值，Ni为接入RRHr中的服务商Wi下的用户数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述用户不稳定性计算公式如下：
<mrow>
<msub>
<mi>&delta;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mrow>
<msub>
<mi>log</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>SINR</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，δi为用户i的不稳定性，Li为用户所在RRH的负载，SINRi为用户的SINR。
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