CN112954742B - 一种移动通信网络切片的资源分配方法 - Google Patents

一种移动通信网络切片的资源分配方法 Download PDF

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CN112954742B CN202110183710.2A CN202110183710A CN112954742B CN 112954742 B CN112954742 B CN 112954742B CN 202110183710 A CN202110183710 A CN 202110183710A CN 112954742 B CN112954742 B CN 112954742B
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Abstract

本发明提供一种无线资源分配的方法，所述无线资源包括多个切片，所述切片服务多个终端，所述方法包括：1)对无线资源按照时隙分配，对于每个时隙，选出权重最大的切片；2)在所述切片中选出权重最大的终端，将所述时隙分配给该终端；其中所述切片权重与资源需求参数与切片平均速率的比值相关，终端权重与终端的瞬时速率与平均速率的比值相关；以及其中，每J个时隙，基于切片的隔离指数调整所述切片的资源需求参数，其中，所述切片隔离指数表示所述切片所服务的所有终端的服务质量，J为大于等于1的正整数。本发明可以避免资源配置不足或过度，从而使隔离指数稳定在目标值，有效提升了无线资源利用率和资源隔离性能。

Description

一种移动通信网络切片的资源分配方法
技术领域
背景技术
网络切片技术通过规定多样化的资源需求，可支持更丰富的服务质量(Qualityof Service，QoS)要求，对于网络切片的无线资源需求，具有代表性且研究中广泛应用的是美国卡尔顿学院F.Richard Yu教授团队提出的无线传输速率和无线资源量。其将无线传输速率作为网络切片的无线资源需求，规定无线传输速率的具体数值，资源提供方根据相应的无线传输速率值为其提供无线资源，此种方式配置的网络切片适用于有固定无线传输速率要求的业务(如IP语音传输等)；将资源量作为网络切片的无线资源需求，规定所需无线资源量的绝对值(如5M带宽)或者相对值(如系统带宽的30％)，资源提供方据此将累计满足需求量的无线资源动态或者固定地分配给网络切片，此种方式配置的网络切片适用于构建虚拟网络，即虚拟网络运营商利用分配到的网络资源构建虚拟网络，提供语音、数据、视频等多类型的通信业务服务。
系统资源是有限的，网络切片的建立基于资源的共享，因此资源管理成为切片技术的重要考虑因素。资源管理的原则是根据切片的服务需求提供无线资源和计算资源。针对网络切片无线资源管理国内外已经展开一定的研究，现有网络切片资源配置架构范式是基于网络虚拟基片概念，由切片层与终端层构成的双层的网络切片无线资源配置架构，其中切片层完成面向网络切片的资源配置，终端层完成各网络切片内部面向终端的资源配置。
因为面向终端层的资源配置可采取传统非切片网络中的方法，如比例公平算法、轮询算法等，大多数研究关注切片层资源配置，设计满足网络切片资源需求的资源配置方法。基于预留的切片层资源配置是按网络切片资源需求预留资源，以提高资源管理的灵活性，当新切片接入时若空闲预留资源或剩余资源能够满足其需求则接入并其按需求分配资源，否则拒绝。
切片层资源配置目的是为实现更丰富的QoS需求，通过个性化配置预留和可用资源参数实现差异化网络切片接入控制与定制化服务质量保障，而且差异化的网络切片参数配置影响隔离不同切片服务。在面向终端协作的网络切片场景下，采取两层激励协作模式的切片层无线资源配置，可以有效提升被协作与提供协作的网络切片的吞吐量性能，使系统效用最大化。上述研究大多基于优化理论，此外面向网络切片资源需求的无线资源配置可基于机器学习、博弈论、拍卖模型、广义速率调度、合同理论和复杂网络理论等开展。
目前的研究虽然通过无线资源分配来满足网络切片的QoS要求，但是忽略了切片的资源隔离性能，资源隔离保证一个片的网络状态的任何变化都不会违反另一个片所服务的终端MTs的QoS，这对于切片提供稳定质量的通信服务至关重要。
发明内容
本发明针对上述问题，根据本发明的第一方面，提出一种无线资源分配的方法，所述无线资源包括G个切片表示为切片g，其中g＝1，2，…G，G为正整数，所述切片g服务Kg个终端，表示为终端
Figure BDA0002942188260000021
k＝1，2…，Kg，Kg为正整数，所述方法包括：
1)对无线资源按照时隙分配，对于每个时隙，选出权重最大的切片；
2)在所述切片中选出权重最大的终端，将所述时隙分配给该终端；
其中所述切片权重与资源需求参数与切片平均速率的比值相关，终端权重与终端的瞬时速率与平均速率的比值相关；
以及其中，每J个时隙，基于切片的隔离指数调整所述切片的资源需求参数，其中，所述切片隔离指数表示所述切片所服务的所有终端的服务质量，J为大于等于1的正整数。
在本发明的一个实施例中，其中，切片g隔离指数为切片g的统计参数隔离指数
Figure BDA0002942188260000022
其为该切片g服务的所有终端统计参数的服务质量的平均值；或者切片g的隔离指数为切片g的瞬时参数隔离指数/>
Figure BDA0002942188260000023
其为该切片服务的所有终端瞬时参数的服务质量的平均值。
在本发明的一个实施例中，其中
所述切片g的统计参数隔离指数
Figure BDA0002942188260000024
为该切片g服务的所有终端的统计参数隔离指数最小值/>
Figure BDA0002942188260000031
的平均值，所述终端的统计参数隔离指数最小值/>
Figure BDA0002942188260000032
为该终端/>
Figure BDA0002942188260000033
的所有统计参数的终端参数满足度中的最小值；以及
所述切片的瞬时参数隔离指数
Figure BDA0002942188260000034
为该切片服务的所有终端的瞬时参数隔离指数最小值/>
Figure BDA0002942188260000035
的平均值,所述终端的瞬时参数隔离指数最小值/>
Figure BDA0002942188260000036
为该终端/>
Figure BDA0002942188260000037
的所有瞬时参数的终端参数满足度中的最小值；其中，终端参数满足度表示该终端的Qos参数的性能相对于该Qos参数的需求的满足程度。
在本发明的一个实施例中，其中
Figure BDA0002942188260000038
Figure BDA0002942188260000039
在本发明的一个实施例中，其中
Figure BDA00029421882600000310
Figure BDA00029421882600000311
终端参数满足度
Figure BDA00029421882600000312
用于评估定义/>
Figure BDA00029421882600000313
是否符合QoS需求，/>
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表示/>
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的QoS需求的指标个数，/>
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和/>
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作为/>
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的QoS统计和瞬时参数，/>
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表示/>
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的第/>
Figure BDA00029421882600000322
个QoS需求。/>
在本发明的一个实施例中，在时隙j中，切片g的权重为ωg,j,
Figure BDA00029421882600000323
其中，rg是资源需求参数，表示系统分配给切片g的资源，
Figure BDA00029421882600000324
表示截止到时隙j，切片g的平均速率。
在本发明的一个实施例中，其中
Figure BDA0002942188260000041
其中rg,j表示时隙j切片g的瞬时传输速率，bg，j指示时隙j资源是否分给切片g，如果分给切片g，则bg，j＝1，否则bg，j＝0，β为最新时隙瞬时速度占比。
在本发明的一个实施例中，其中在时隙j切片g终端
Figure BDA0002942188260000042
的权重为/>
Figure BDA0002942188260000043
Figure BDA0002942188260000044
其中，
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表示截止到时隙j终端/>
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的平均传输速率，其中/>
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表示时隙j终端/>
Figure BDA0002942188260000048
的瞬时传输速率。
在本发明的一个实施例中，其中
Figure BDA0002942188260000049
Figure BDA00029421882600000410
其中，
Figure BDA00029421882600000411
指示时隙j资源是否分给终端/>
Figure BDA00029421882600000412
如果分给终端/>
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则/>
Figure BDA00029421882600000414
否则
Figure BDA00029421882600000415
β为最新时隙瞬时速度占比。
在本发明的一个实施例中，其中，每J个时隙，基于切片g的瞬时参数隔离指数调整所述切片的资源需求参数的调整方法为：
Figure BDA00029421882600000416
Figure BDA00029421882600000417
Figure BDA0002942188260000051
Figure BDA0002942188260000052
Figure BDA0002942188260000053
其中
Figure BDA0002942188260000054
表示调整后的网络切片g的资源需求参数，/>
Figure BDA0002942188260000055
表示调整前的网络切片g的资源需求参数，/>
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为切片g瞬时参数隔离指数，pg,z切片g的第/>
Figure BDA0002942188260000057
个QoS需求的统计性能。
在本发明的一个实施例中，对于每J个时隙，基于切片g统计参数隔离指数对网络切片g的资源需求参数进行调整，
Figure BDA0002942188260000058
/>
其中
Figure BDA0002942188260000059
表示调整后的网络切片g的资源需求参数，/>
Figure BDA00029421882600000510
表示调整前的网络切片g的资源需求参数，/>
Figure BDA00029421882600000511
为切片g统计参数隔离指数。
根据本发明的第二方面，提供一种计算机可读存储介质，其中存储有一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现本发明的无线资源分配的方法。
根据本发明的第三方面，提供一种计算系统，包括：
存储装置、以及一个或者多个处理器；
其中，所述存储装置用于存储一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现本发明的无线资源分配的方法。与现有技术相比，本发明的实施例的优点在于：本发明以满足终端QoS和网络切片资源隔离为目标，通过网络切片的隔离评估结果来调节网络切片资源需求设定，进而通过影响网络切片层资源管理来影响终端分配到的资源。使得终端的QoS得到满足，或者实际性能与QoS要求尽量接近。采用该方法可以避免资源配置不足或过度，从而使隔离指数稳定在目标值，有效提升了无线资源利用率和资源隔离性能。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1(a)为根据本发明的一个实施例的有无ABSP算法的切片rg与调整次数的关系曲线图；
图1(b)为根据本发明的一个实施例的有无ABSP算法的终端的隔离指数与调整次数的关系曲线图；
图2(a)为根据本发明的一个实施例的有无ABIP算法的切片rg与调整次数的关系曲线图；
图2(b)为根据本发明的一个实施例的有无ABIP算法的终端的隔离指数与调整次数的关系曲线图；
图3为根据本发明的一个实施例的终端的隔离指数与r1 SLA的关系曲线图。
具体实施方式
为解决背景技术中所提出的问题，本文设计了基于QoS和资源隔离要求的切片无线资源管理方案，实现片间无线资源的高效共享。
网络切片是指多个虚拟的端到端的网络，通过对资源和网络功能的划分，灵活地实现按需组网，以应对不用的应用场景。由于切片之间共享无线资源，为使得稀缺的无线资源得到高效的利用，避免网络切片间发生资源竞争问题，在资源共享的同时需要做好网络切片的资源隔离，即在保证网络切片隔离性的情况下，某切片状态的任何变化不会影响到其他切片终端的服务质量。因此，本文设计一种基于切片层和终端层的隔离性能指数进行网络切片资源管理的方法，通过评估网络切片的隔离性掌握网络切片的质量满足情况。
在本发明中无线资源被分配给多个切片，每个切片服务多个终端。网络切片的无线资源按照时隙分配，对于每一个时隙，按照一定规律选出某一切片，并在该切片中选出某一终端(例如，对于每个时隙选择权重最大的切片，在权重最大的切片中选择权重最大的终端)，将该时隙分配给该终端；每隔一定时隙调整切片权重所依据的资源需求参数，从而调整切片权重，基于隔离指数调整资源需求参数。
其中,网络切片的权重包含资源需求参数，资源需求参数表示切片需要的资源数量，系统根据资源需求参数分配给切片相应的资源量，其数值正比于该切片所服务的终端数量；而终端的权重是瞬时速率和平均速率的比值，瞬时速率与终端位置和信道条件有关，平均速率与该终端的被调度频率有关，保证时隙资源在终端间公平分配。
每J个时隙，基于切片的隔离指数调整所述切片的资源需求参数，其中，基于所述切片所服务的所有终端的隔离指数最小值确定所述切片隔离指数。
基于隔离指数调整资源需求参数，调整的目标与原则可分为基于统计参数隔离指数调整原则和基于瞬时参数隔离指数调整原则：
(一)基于统计参数隔离指数调整原则为，每J个时隙做调整，若终端统计的QoS需求和切片的隔离需求得到满足则减小资源需求参数，否则增加资源需求参数(实际性能高于需求或低于需求均判定为不满足)。
终端的统计性能隔离度参数定义为实际传输速率与期望传输速率的比值；切片的统计性能隔离度参数定义为所服务终端的隔离度参数的统计平均。
(二)基于瞬时参数隔离指数调整原则为，每Jw个时隙做评估，每J个时隙做调整，若终端瞬时的QoS需求和切片的隔离需求得到满足则资源需求参数不变，否则根据实际性能情况调整资源需求参数，若实际性能低于需求则增加资源需求参数，若实际性能高于需求则减少资源需求参数(实际性能高于需求或低于需求均判定为不满足)。
终端的瞬时性能隔离度参数定义为能容忍的速率抖动和最大速率抖动的比值，其中最大速率抖动数值上等于实际速率抖动和能容忍的速率抖动中较大的一方；切片的统计性能隔离度参数定义为所服务终端的隔离度参数的统计平均。
根据本发明的一个实施例，以一个共享接入点AP服务G个切片为例，每个切片表示为切片g，g＝1，2，3，…G，G为正整数，切片g服务Kg个终端,用
Figure BDA0002942188260000071
表示切片g服务的终端k，Kg为正整数，AP采取时分复用的方式在切片间共享无线资源，无线资源分为J个时隙(即时间资源)。例如有两个切片G＝2，切片g＝1服务4个终端，4个终端分别表示为
Figure BDA0002942188260000081
切片g＝2服务5个终端，5个终端分别表示为
Figure BDA0002942188260000082
1.网络切片权重计算
当前时隙每个切片和终端都赋予一个的权重；其中，切片的权重是分配给该切片的无线资源与截止到当前时隙该切片的平均速率的比值；权重以时隙为粒度，在时隙j中切片g的权重表示为ωg,j，计算公式计算如下：
Figure BDA0002942188260000083
/>
其中rg是资源需求参数，表示系统分配给切片g的资源，
Figure BDA0002942188260000084
表示截止到时隙j，切片g的平均速率，计算方式如下：
Figure BDA0002942188260000085
其中rg,j表示时隙j切片g的瞬时传输速率，bg，j指示时隙j资源是否分给切片g，如果分给切片g，则bg，j＝1，否则bg，j＝0，β为最新时隙瞬时速度占比。
2.终端权重计算
终端的权重是截止到当前时隙，该终端的瞬时速率与平均速率的比值，用
Figure BDA0002942188260000086
表示终端/>
Figure BDA0002942188260000087
在时隙j的权重,计算公式如下：
Figure BDA0002942188260000088
其中，
Figure BDA0002942188260000089
表示截止到时隙j终端/>
Figure BDA00029421882600000810
的平均传输速率，计算公式如下：
Figure BDA0002942188260000091
Figure BDA0002942188260000092
其中
Figure BDA0002942188260000093
表示时隙j终端/>
Figure BDA0002942188260000094
的瞬时传输速率，/>
Figure BDA0002942188260000095
指示时隙j资源是否分给终端
Figure BDA0002942188260000096
如果分给终端/>
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则/>
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否则/>
Figure BDA0002942188260000099
β为最新时隙瞬时速度占比。
本发明仅考虑非协作模式，在此模式下终端不转发其它终端的通信，
Figure BDA00029421882600000910
根据香农公式计算
Figure BDA00029421882600000911
其中，
Figure BDA00029421882600000912
PAP为共享接入点AP的发送功率,
Figure BDA00029421882600000913
为终端/>
Figure BDA00029421882600000914
和AP之间的准静态平坦衰落信道，σ2为噪声功率。
3.网络切片资源分配
将当前时隙分配给权重最大的切片中权重最大的终端；对于时隙j共享系统AP按照公式(6)选出权重最大的切片g，并按照公式(7)从该切片g中选出权重最大的终端
Figure BDA00029421882600000915
并将时隙j分配给该终端/>
Figure BDA00029421882600000916
g＝argmaxg{ωg,j}, (6)
Figure BDA0002942188260000101
4.终端层隔离度评估
4和5中将设计终端层和切片层的隔离指数。终端层的隔离指数利用QoS参数反应隔离性能，切片层的隔离指数用终端层隔离指数的统计平均反应隔离性能。QoS参数中有瞬时的参数(如传输速率抖动)与统计的参数(如平均传输速率)，同时可能要求性能大于或小于参数，如平均传输速率不小于参数要求，传输速率抖动不大于参数要求。下面是具体的隔离评估会考虑上述因素。
终端的QoS参数可以分为统计的和瞬时的，定义
Figure BDA0002942188260000102
和/>
Figure BDA0002942188260000103
作为/>
Figure BDA0002942188260000104
的QoS统计参数和瞬时参数。假设/>
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的QoS需求有/>
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个指标，例如，/>
Figure BDA0002942188260000107
的QoS需求有7个参数，/>
Figure BDA0002942188260000108
用
Figure BDA0002942188260000109
表示/>
Figure BDA00029421882600001010
的第/>
Figure BDA00029421882600001011
个QoS参数的需求。
定义终端参数满足度
Figure BDA00029421882600001012
表示/>
Figure BDA00029421882600001013
的第/>
Figure BDA00029421882600001014
个QoS参数的满足度。
如果
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需要的性能不小于/>
Figure BDA00029421882600001016
定义/>
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如公式(8)和(9)，用于评估定义/>
Figure BDA00029421882600001018
是否符合QoS需求。
Figure BDA00029421882600001019
其中ε(x)表示x的期望，用pg,z表示切片g的第
Figure BDA00029421882600001020
个QoS需求的统计性能，pg,z,l表示切片g的第/>
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个QoS需求的瞬时性能，/>
Figure BDA0002942188260000112
是每个Jw时隙内/>
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的平均值，其中，/>
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为/>
Figure BDA0002942188260000115
第j个时隙的瞬时性能，其中
Figure BDA0002942188260000116
计算如公式(10)所示。
Figure BDA0002942188260000117
其中，
Figure BDA0002942188260000118
如果
Figure BDA0002942188260000119
需要的性能不高于/>
Figure BDA00029421882600001110
定义/>
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如下。/>
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结合公式(11)和(12)可以看出，当
Figure BDA00029421882600001113
时满足/>
Figure BDA00029421882600001114
的需求。并且/>
Figure BDA00029421882600001115
越大，
Figure BDA00029421882600001116
的需求更能得到保障。
基于
Figure BDA00029421882600001117
定义/>
Figure BDA00029421882600001118
和/>
Figure BDA00029421882600001119
分别表示终端的隔离指数、终端统计参数隔离指数和终端瞬时参数隔离指数，/>
Figure BDA00029421882600001120
和/>
Figure BDA00029421882600001121
表示切片g服务的终端/>
Figure BDA00029421882600001122
的统计参数隔离指数和终端瞬时参数隔离指数的最小值，例如对切片g＝2，对终端/>
Figure BDA00029421882600001123
QoS参数的统计参数有4个，分别为/>
Figure BDA00029421882600001124
Figure BDA00029421882600001125
这4个值中，其中/>
Figure BDA00029421882600001126
值最小，则
Figure BDA00029421882600001127
而QoS参数的瞬时参数有3个，分别为/>
Figure BDA00029421882600001128
这3个值中，
Figure BDA00029421882600001129
最小，则/>
Figure BDA00029421882600001130
可以通过/>
Figure BDA00029421882600001131
和/>
Figure BDA00029421882600001132
判断切片g服务的终端中是否存在统计参数隔离指数和瞬时参数隔离指数未满足的终端。上述参数定义如公式(13)-(17)所示。
Figure BDA0002942188260000121
Figure BDA0002942188260000122
Figure BDA0002942188260000123
Figure BDA0002942188260000124
Figure BDA0002942188260000125
其中
Figure BDA0002942188260000126
是/>
Figure BDA0002942188260000127
的权重，并且/>
Figure BDA0002942188260000128
5.切片层隔离度评估
调整切片层资源需求参数的目的是满足终端层的需求，因此基于终端层的隔离指数定义切片层的隔离指数，用以反映切片所服务的所有终端的隔离性能。用pg,z表示切片g的第
Figure BDA0002942188260000129
个QoS需求的统计性能，pg,z,l表示切片g的第/>
Figure BDA00029421882600001210
个QoS需求的瞬时性能，pg,z,l是/>
Figure BDA00029421882600001211
的统计平均值，其中pg,z,l和pg,z计算如公式(18)(19)所示。
Figure BDA00029421882600001212
Figure BDA00029421882600001213
基于终端的统计参数隔离指数最小值
Figure BDA00029421882600001214
和瞬时参数隔离指数最小值
Figure BDA0002942188260000131
分别定义切片g统计参数隔离指数和瞬时参数隔离指数表达式为：
Figure BDA0002942188260000132
Figure BDA0002942188260000133
6.网络切片隔离评估实例
基于上述提出的隔离指数，设计网络切片的终端层与切片层隔离评估实例如下。
6.1终端层隔离性能评估
假设
Figure BDA0002942188260000134
具有两个QoS参数，即/>
Figure BDA0002942188260000135
分别由/>
Figure BDA0002942188260000136
和/>
Figure BDA0002942188260000137
表示，/>
Figure BDA0002942188260000138
终端统计的QoS需求，比如要求平均传输速率不小于4bps/Hz；/>
Figure BDA0002942188260000139
是终端瞬时的QoS需求，比如要求传输速率抖动不大于0.5bit/Hz。可以看出/>
Figure BDA00029421882600001310
是统计的QoS参数，表示J个时隙内平均传输速率不得小于/>
Figure BDA00029421882600001311
Figure BDA00029421882600001312
是瞬时的QoS参数，表示Jw个时隙内平均传输抖动不得大于/>
Figure BDA00029421882600001313
并通过公式(22)(23)计算两个QoS参数/>
Figure BDA00029421882600001314
和/>
Figure BDA00029421882600001315
的需求。
Figure BDA00029421882600001316
Figure BDA00029421882600001317
将公式(22)代入公式(8)，将公式(23)代入公式(12)，QoS参数隔离指数可由公式(24)(25)计算得到。
Figure BDA0002942188260000141
Figure BDA0002942188260000142
从公式(24)可以看到
Figure BDA0002942188260000143
等于(0,+∞)。当/>
Figure BDA0002942188260000144
的平均吞吐量等于/>
Figure BDA0002942188260000145
时，/>
Figure BDA0002942188260000146
将达到1，这意味着/>
Figure BDA0002942188260000147
正好满足。/>
Figure BDA0002942188260000148
从0增加到1，平均吞吐量增加到/>
Figure BDA0002942188260000149
当平均吞吐量继续上升时，/>
Figure BDA00029421882600001410
将大于1。平均吞吐量超过/>
Figure BDA00029421882600001411
时，/>
Figure BDA00029421882600001412
越大。
从公式(25)可以看到
Figure BDA00029421882600001413
等于(0,1]，其中只有当/>
Figure BDA00029421882600001414
等于1时才满足/>
Figure BDA00029421882600001415
而
Figure BDA00029421882600001416
越小，/>
Figure BDA00029421882600001417
的需求就越难以满足。随着Jw的增加，/>
Figure BDA00029421882600001418
的需求会逐渐放宽，当Jw时隙增加到整个调度时间时，瞬时QoS参数退化为统计QoS参数。
根据公式(13)-(17)终端的统计参数隔离指数和瞬时参数隔离指数计算为：.
Figure BDA00029421882600001419
Figure BDA00029421882600001420
Figure BDA00029421882600001421
Figure BDA00029421882600001422
6.2切片层隔离度评估
假设Ug具有两个性能指标，即Zg＝2，分别由
Figure BDA00029421882600001423
和/>
Figure BDA00029421882600001424
表示，可以看出qg,1是统计的服务级别协议(Service Level Agreement，SLA)参数，其要求切片的平均吞吐量不小于qg,1。qg,2是瞬时SLA参数，要求在每个Jw时隙内，切片吞吐量的降低值应在(0,qg,2]。本质上，qg,2要求切片g的吞吐量在各个Jw时隙之间尽可能均匀分布在L个时间窗口，假设时隙j内有且仅有一个终端发送数据，则/>
Figure BDA0002942188260000151
并通过公式(18)、(19)与(23)得到公式(30)，从而计算出pg,2,l和pg,2：
Figure BDA0002942188260000152
根据公式(20)(28)，切片g统计参数隔离指数计算为：
Figure BDA0002942188260000153
根据公式(21)(29)，切片g瞬时参数隔离指数计算为：
Figure BDA0002942188260000154
根据公式(31)可知，
Figure BDA0002942188260000155
当切片g所服务的所有终端的/>
Figure BDA0002942188260000156
需求得到满足，/>
Figure BDA0002942188260000157
将达到1，/>
Figure BDA0002942188260000158
小于1说明终端的需求均未得到满足。根据公式(32)可知，/>
Figure BDA0002942188260000159
当所有终端的/>
Figure BDA00029421882600001510
需求得到满足，/>
Figure BDA00029421882600001511
将达到1，/>
Figure BDA00029421882600001512
小于1说明终端的需求均未得到满足。
7.网络切片无线频谱资源需求调整
7.1基于瞬时参数隔离性能调整(ABIP)
在每J个时隙，基于切片层和终端层瞬时参数隔离性能对网络切片资源需求参数进行调整时，调整方法为：
Figure BDA0002942188260000161
依据用户最关心的瞬时参数性能pg,z做调整
1)pg,z＜0，
Figure BDA0002942188260000162
2)pg,z＞0，
Figure BDA0002942188260000163
Figure BDA0002942188260000164
Figure BDA0002942188260000165
其中
Figure BDA0002942188260000166
表示调整后的网络切片资源需求参数，/>
Figure BDA0002942188260000167
表示调整前的网络切片资源需求参数。
7.2基于统计参数隔离性能调整(ABSP)
对于每J个时隙，基于切片层和终端层统计参数隔离性能对网络切片资源需求参数进行调整。调整的总体思路为：
若终端的隔离性能达到满足，则减小网络切片资源需求参数，若终端的隔离性能未达到满足，则提高网络切片资源需求参数，调整方法为：
Figure BDA0002942188260000168
ABSP算法和ABIP算法调整可以单独使用也可以采用多种方式组合使用，例如现在有2000个时隙待分配，可以每500个用ABSP算法，即基于统计参数做一次调整；同时，每100个时隙用ABIP算法调整，因为ABIP算法涉及到一个更小的观察窗口长度Jw，可以设定每5个时隙记录一次数据，然后每100个时隙用ABIP算法调整。
8.仿真结果
基于终端的隔离指数对所提出的无线资源管理方案进行了仿真，相关的仿真参数如表1所示。为此，假设有两个切片用切片1和切片2表示。切片1有5个终端，切片2有3个终端。
表1
Figure BDA0002942188260000171
为了模拟ABSP算法的有效性，设置J＝500，即每500个时隙根据终端统计参数的隔离指数调整片的资源分配参数。图1(a)和图1(b)绘制了有无ABSP算法的切片rg与终端的隔离指数之间的关系。在没有ABSP算法的情况下，切片的资源分配参数将保持不变。切片1和切片2的终端分离指数分别稳定在0.69和1.82。因此，切片1服务的终端的QoS要求不满足，而切片1服务的终端的QoS要求则过度满足。当系统运行ABSP算法时，经过几个调整周期，切片1和切片2的rg稳定在4.87bps/Hz和2.15bps/Hz，终端的隔离指数为1。这意味着根据统计参数隔离指数更新资源需求参数来调整分配给切片和终端的无线资源，可以满足终端的统计QoS和隔离要求，证明了ABSP算法能够根据统计QoS要求在切片间有效地分配资源。
在相同的场景中，模拟了ABIP算法的性能，并将
Figure BDA0002942188260000181
观察窗口长度Jw＝10。图2(a)和图2(b)绘制了有无ABIP算法的终端隔离指数、切片rg与调整次数之间的关系。在不采用ABIP算法的情况下，切片的rg将保持不变。切片1和切片2的终端隔离指数分别稳定在0.99和0.7。显然，切片1和切片2所服务的终端的瞬时QoS要求并不满足。当系统采用ABIP算法时，切片1和切片2的rg分别稳定在4.5bps/Hz和2.13bps/Hz，终端的隔离指数经过多次调整后达到1。这意味着根据瞬时参数隔离指数更新资源需求参数来调整分配给切片和终端的无线资源，可以满足终端的瞬时QoS和隔离要求。证明了ABIP算法能够有效地根据瞬时QoS要求在切片间分配资源。
在分别采用ABSP和ABIP算法的情况下，对终端的性能进行了仿真。为此，使用ABIP算法调整每300个时隙的rg，并使用ABSP算法调整每500个时隙的rg。然后图3显示了终端的隔离指数与r1 SLA之间的关系，横坐标显示的是当
Figure BDA0002942188260000191
值恒定为4bps/Hz时的/>
Figure BDA0002942188260000192
的值。可以看出，当系统同时采用ABSP和ABIP算法时，即使r1 SLA一直在增长，终端的隔离指数始终稳定在1，这意味着终端的瞬时和统计QoS要求都得到了满足。这是因为ABSP和ABIP算法通过调整资源需求参数来分配给切片和终端合适的资源来满足QoS要求，可以避免资源配置过度和不足。因此，所提出的基于隔离指数的切片网络无线资源分配方案能够有效地管理资源。
为使本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容，上面围绕本公开内容进行了描述。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行各种修改是显而易见的，并且，本文定义的通用原理也可以在不脱离本公开内容的精神或保护范围的基础上适用于其它变型。此外，除非另外说明，否则任何方面和/或实施例的所有部分或一部分可以与任何其它方面和/或实施例的所有部分或一部分一起使用。因此，本公开内容并不限于本文所描述的例子和设计方案，而是与本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (13)

1.一种无线资源分配的方法，所述无线资源包括G个切片表示为切片g，其中g＝1，2，…G，G为正整数，所述切片g服务Kg个终端，表示为终端
Figure FDA0003958349150000011
k＝1，2…，Kg，Kg为正整数，所述方法包括：
1)对无线资源按照时隙分配，对于每个时隙，选出权重最大的切片；
2)在所述切片中选出权重最大的终端，将所述时隙分配给该终端；
其中所述切片权重与资源需求参数与切片平均速率的比值相关，终端权重与终端的瞬时速率与平均速率的比值相关；
以及其中，每J个时隙，基于切片的隔离指数调整所述切片的资源需求参数，其中，所述切片隔离指数表示所述切片所服务的所有终端的服务质量，J为大于等于1的正整数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，切片g隔离指数为切片g的统计参数隔离指数
Figure FDA0003958349150000012
其为该切片g服务的所有终端统计参数的服务质量的平均值；或者切片g的隔离指数为切片g的瞬时参数隔离指数
Figure FDA0003958349150000013
其为该切片服务的所有终端瞬时参数的服务质量的平均值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中
所述切片g的统计参数隔离指数
Figure FDA0003958349150000014
为该切片g服务的所有终端的统计参数隔离指数最小值
Figure FDA0003958349150000015
的平均值，所述终端的统计参数隔离指数最小值
Figure FDA0003958349150000016
为该终端
Figure FDA0003958349150000017
的所有统计参数的终端参数满足度中的最小值；以及
所述切片的瞬时参数隔离指数
Figure FDA0003958349150000018
为该切片服务的所有终端的瞬时参数隔离指数最小值
Figure FDA0003958349150000019
的平均值,所述终端的瞬时参数隔离指数最小值
Figure FDA00039583491500000110
为该终端
Figure FDA00039583491500000111
的所有瞬时参数的终端参数满足度中的最小值；
其中，终端参数满足度表示该终端的Qos参数的性能相对于该Qos参数的需求的满足程度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中
Figure FDA0003958349150000021
Figure FDA0003958349150000022
5.根据权利要求3所述的方法，其中
Figure FDA0003958349150000023
Figure FDA0003958349150000024
终端参数满足度
Figure FDA0003958349150000025
用于评估定义
Figure FDA0003958349150000026
是否符合QoS需求，
Figure FDA0003958349150000027
Figure FDA0003958349150000028
表示
Figure FDA0003958349150000029
的QoS需求的指标个数，
Figure FDA00039583491500000210
和
Figure FDA00039583491500000211
作为
Figure FDA00039583491500000212
的QoS统计和瞬时参数，
Figure FDA00039583491500000213
表示
Figure FDA00039583491500000214
的第z个QoS需求。
6.根据权利要求1所述的方法，在时隙j中，切片g的权重为ωg,j,
Figure FDA00039583491500000215
其中，rg是资源需求参数，表示系统分配给切片g的资源，
Figure FDA00039583491500000216
表示截止到时隙j，切片g的平均速率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中
Figure FDA00039583491500000217
其中rg,j表示时隙j切片g的瞬时传输速率，bg，j指示时隙j资源是否分给切片g，如果分给切片g，则bg，j＝1，否则bg，j＝0，β为最新时隙瞬时速度占比。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在时隙j切片g终端
Figure FDA0003958349150000031
的权重为
Figure FDA0003958349150000032
Figure FDA0003958349150000033
其中，
Figure FDA0003958349150000034
表示截止到时隙j终端
Figure FDA0003958349150000035
的平均传输速率，其中
Figure FDA0003958349150000036
表示时隙j终端
Figure FDA0003958349150000037
的瞬时传输速率。
9.根据权利要求8所述的方法，其中
Figure FDA0003958349150000038
Figure FDA0003958349150000039
其中，
Figure FDA00039583491500000310
指示时隙j资源是否分给终端
Figure FDA00039583491500000311
如果分给终端
Figure FDA00039583491500000312
则
Figure FDA00039583491500000313
否则
Figure FDA00039583491500000314
β为最新时隙瞬时速度占比。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，每J个时隙，基于切片g的瞬时参数隔离指数调整所述切片的资源需求参数的调整方法为：
(1)
Figure FDA00039583491500000315
1)pg,z<0，
Figure FDA00039583491500000316
2)pg,z>0，
Figure FDA00039583491500000317
(2)
Figure FDA00039583491500000318
Figure FDA00039583491500000319
其中
Figure FDA00039583491500000320
表示调整后的网络切片g的资源需求参数，
Figure FDA00039583491500000321
表示调整前的网络切片g的资源需求参数，
Figure FDA0003958349150000041
为切片g瞬时参数隔离指数，pg,z表示切片g的第z个QoS需求的统计性能，
Figure FDA0003958349150000042
Figure FDA0003958349150000043
表示
Figure FDA0003958349150000044
的QoS需求的指标个数。
11.根据权利要求2所述的方法，对于每J个时隙，基于切片g统计参数隔离指数对网络切片g的资源需求参数进行调整，
Figure FDA0003958349150000045
其中
Figure FDA0003958349150000046
表示调整后的网络切片g的资源需求参数，
Figure FDA0003958349150000047
表示调整前的网络切片g的资源需求参数，
Figure FDA0003958349150000048
为切片g统计参数隔离指数。
12.一种计算机可读存储介质，其中存储有一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现如权利要求1-11任意一项所述的方法。
13.一种计算系统，包括：
存储装置、以及一个或者多个处理器；
其中，所述存储装置用于存储一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现如权利要求1-11任意一项所述的方法。
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