CN108900355B - 一种星地多级边缘网络资源分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种星地多级边缘网络资源分配方法，属于无线通信技术领域。所述方法基于构建的星地多级边缘网络架构，将影响网络资源分配策略的网络因素进行分类，判断网络架构和负载情况，确定接入节点；判断用户移动轨迹和驻留时间，进行存储策略的优化，分配存储资源和计算资源；然后根据网络信道状况选择合适的调制编码方式、分配通信资源。本发明综合利用基站和卫星的资源进行星地协作，打破资源的“孤岛效应”；充分考虑网络特征、用户行为和社交关系以及设备特征，进行资源分配，提升网络资源利用效率。

Description

一种星地多级边缘网络资源分配方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体地说是一种星地多级边缘网络资源分配方法。
背景技术
当前，移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)已经成为了解决核心网回传拥塞、降低业务时延的主要手段，在欧洲电信标准化协会(European TelecommunicationsStandards Institute,ETSI)的推动下，已经成为无线通信产业发展的重要研究方向。
部署在网络边缘的计算节点具有存储能力，可将用户请求的热门业务进行缓存，降低核心网和回程链路的压力，同时降低了获取业务内容的时延，改善用户体验。然而，这种技术仍面临许多的挑战。
首先，是网络的异构性和多样性问题。在下一代网络中边缘计算节点不仅需要支持5G网络，还包括Wi-Fi,LTE(Long Term Evolution)，以及卫星通信等多样异构网络，还包括时延容忍和资源高耗费型业务。其次，小基站的密集部署将引发更加密集的网络切换，用户终端的差异性更加明显，社会关系属性更加凸显，对资源分配的需求差异也更大。如何适配用户终端差异，利用社会关系属性进行高效资源分配是待研究的主要问题。
目前，针对边缘计算的资源分配方法有很多，但都仅考虑了少数资源的分配问题，如存储资源受限或计算资源受限，欠缺对网络总体资源的考虑。无线通信网络中的存储、计算和传输资源应作为一个整体进行分析，资源之间也可通过适配机制相互“换取”，达到总体优化的目的。
其次，资源的分配技术在当前的研究中也仅是针对某个或者某几个资源分配技术进行分析，例如解决如何存储最热门的资源、如何进行无线资源管理。然而这些技术的研究缺乏关联性，例如如何存储最热门的资源，不仅与用户的行为有关，还与网络的回程容量、社会关系、信道状态等有关。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的资源分配问题，提出一种星地多级边缘网络资源分配方法，具体步骤如下：
第一步，构建星地多级边缘网络架构，
第二步，将影响网络资源分配策略的网络因素进行分类；
第三步，判断网络架构和负载情况，确定接入节点；判断用户移动轨迹和驻留时间，进行存储策略的优化，分配存储资源和计算资源；然后根据网络信道状况选择合适的调制编码方式、分配通信资源。
本发明的优点在于：
(1)综合利用基站和卫星的资源进行星地协作，打破资源的“孤岛效应”。
(2)充分考虑网络特征、用户行为和社交关系以及设备特征，进行资源分配，提升网络资源利用效率。
附图说明
图1为星地多级边缘网络架构。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种星地多级边缘网络资源分配方法，具体包括如下步骤：
第一步，构建星地多级边缘网络架构，如图1所示，所述的星地多级边缘网络结构包括核心网、边缘智能节点、接入节点和用户终端，接入节点和核心网之间为边缘智能节点，所述的边缘智能节点具有路由和存储、计算功能，由全局边缘服务器和局部边缘服务器构成。全局边缘服务器连接至网关处与核心网通信，局部边缘服务器位于地面基站、信关站以及物联网传感器的集中控制节点处，通过路由器连接至网关，与核心网通信。所述的局部边缘服务器对应接入节点，用户终端所请求的多种业务类型，包括虚拟现实业务、视频业务、物联网业务、车联网业务、语音业务和应急业务，都通过接入节点接入局部边缘服务器；多个局部边缘服务器通过路由器接入网关，并实现与全局边缘服务器的资源共享。
第二步，将影响网络资源分配策略的网络因素进行分类；
所述的网络因素主要分成以下三类：
设备特性：设备容量和设备能耗等。
网络特性：系统负载、时间变化、空间变化、信道状态、基站关系和网络架构等。
用户行为和社交关系：驻留时间、移动轨迹、请求内容特征和业务类型。
第三步，判断网络架构和负载情况，确定接入节点；进一步地，判断用户移动轨迹和驻留时间，进行存储策略的优化，分配存储资源和计算资源；然后根据网络信道状况选择合适的调制编码方式、分配通信资源。
本发明中，星地多级边缘网络将部署在基站和卫星的边缘节点和部署在网关的全局控制节点进行协作。
所述的边缘智能节点不仅具有存储或计算功能，还具备认知功能，接入节点可将收集到的业务、用户和网络信息实时回传上报，用于本地和全局决策。
本发明提供的网络资源分配方法包括全局边缘节点源管理方法和局部资源管理方法两部分，所述的全局边缘节点源管理方法，具体如下：
因整个网络的存储资源是受限的，本发明根据网络架构、基站关系、空时规律、回程链路容量，确定如何分配存储资源在不同的全局边缘节点(Storage Scheme)，以及这些资源分别分配给哪些用户使用(Storage Allocation)。
所述的局部资源管理方法，接入控制和移动性管理策略，需要全局边缘网络节点和局部边缘节点协作，通过对网络负载、信道状况、回程链路容量、网络架构、用户移动轨迹与驻留时间、业务特性和终端容量及能耗进行综合分析得出管理方法：
存储策略的选择用于判断具体存放哪些文件，这需要全局边缘节点和局部边缘节点协作，通过对信道状况、回程链路容量、基站关系网络、网络架构、用户移动轨迹与驻留时间、业务喜好、业务特性和终端容量进行综合分析得出管理方法。
计算和通信资源的分配方法需要对所有网络、用户和终端特性进行考虑，除了在分配计算资源时可以不考虑信道状况、在分配无线通信资源时不考虑回程容量差异。具体内容参见下表1，其中打“√”的项表示需要采取或选择的项目。
表1移动边缘智能处理网络功能与网络因素映射表
Figure BDA0001740702290000031
针对无线通信网络中的边缘网络场景，综合考虑到用户终端特性(TerminalFeatures)、用户行为和社会关系属性(Human Behavior and Social Features)以及网络特性(Network Features)。在此基础上，通过全局和局部网络管理方法对网络进行资源优化。最后将上述三类影响网络资源分配策略的因素与网络资源管理方法进行关联映射。

Claims (2)

1.一种星地多级边缘网络资源分配方法，其包括如下步骤，
第一步，构建星地多级边缘网络架构；
所述的星地多级边缘网络结构包括核心网、边缘智能节点、接入节点和用户终端；
接入节点和核心网之间为边缘智能节点；
第二步，将影响网络资源分配策略的网络因素进行分类；
第三步，判断网络架构和负载情况，确定接入节点；判断用户移动轨迹和驻留时间，进行存储策略的优化，分配存储资源和计算资源；然后根据网络信道状况选择合适的调制编码方式、分配通信资源；
其特征在于：
在步骤一的星地多级边缘网络结构中：
边缘智能节点由全局边缘服务器和局部边缘服务器构成；
全局边缘服务器连接至网关处与核心网通信；
局部边缘服务器通过路由器连接至网关，与核心网通信；
局部边缘服务器对应接入节点，用户终端所请求的多种业务类型；
业务类型包括有虚拟现实业务、视频业务、物联网业务、车联网业务、语音业务和应急业务，都通过接入节点接入局部边缘服务器；
多个局部边缘服务器通过路由器接入网关，并实现与全局边缘服务器的资源共享；
星地多级边缘网络将部署在基站和卫星的边缘节点和部署在网关的全局控制节点进行协作；
边缘智能节点不仅具有存储或计算功能，还具备认知功能；
接入节点可将收集到的业务、用户和网络信息实时回传上报，用于本地和全局决策；
在步骤二中的网络因素分成以下三类：
设备特性：设备容量和设备能耗；
网络特性：系统负载、时间变化、空间变化、信道状态、基站关系和网络架构；
用户行为和社交关系：驻留时间、移动轨迹、请求内容特征和业务类型；
在步骤三中的网络资源分配方法包括全局边缘节点源管理方法和局部资源管理方法两部分；
所述的全局边缘节点源管理方法，根据网络架构、基站关系、空时规律、回程链路容量，确定如何分配存储资源在不同的全局边缘节点，以及这些资源分别分配给哪些用户使用；
所述的局部资源管理方法，接入控制和移动性管理策略，需要全局边缘网络节点和局部边缘节点协作，通过对网络负载、信道状况、回程链路容量、网络架构、用户移动轨迹与驻留时间、业务特性和终端容量及能耗进行综合分析得出；
存储策略的选择用于判断具体存放哪些文件，这需要全局边缘节点和局部边缘节点协作，通过对信道状况、回程链路容量、基站关系网络、网络架构、用户移动轨迹与驻留时间、业务喜好、业务特性和终端容量进行综合分析得出。
2.根据权利要求1所述的一种星地多级边缘网络资源分配方法，其特征在于：针对无线通信网络中的边缘网络场景，综合考虑到用户终端特性、用户行为和社会关系属性以及网络特性，通过全局和局部网络管理方法对网络进行资源优化；最后将上述三类影响网络资源分配策略的因素与网络资源管理方法进行关联映射。
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