CN113596912B - 基于ran切片的无线异构网络资源调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于RAN切片的无线异构网络资源调度方法，其步骤为：1、选择目标基站集合；2、确定最优目标基站；3、判断最优目标基站中是否存在用户需求的RAN切片，若是，则执行步骤5，否则，执行步骤4；4、构建RAN切片；5、判断源基站与最优目标基站是否为同一基站，若是，则执行步骤8，否则，执行步骤6；6、源基站与最优目标基站建立X2连接；7、用户进行基站切换；8、为用户调度RAN切片。本发明在设计无线异构网络资源调度方法中，利用目标基站集合中的最优目标基站为用户调度RAN切片，降低了资源调度方法的计算复杂度，保证了用户的服务质量。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中的一种基于无线接入网RAN(Radio Access Network)切片的无线异构网络资源调度方法。本发明可用于无线通信系统中以保证最优目标无线网络调度无线接入网RAN切片，通过资源隔离保证用户享受定制化服务的异构网络资源调度。
背景技术
无线异构网络是指相互重叠的不同类型的无线网络融合在一起，利用具备可以接入多种网络的用户智能化的接入手段，使多种不同类型的网络共同为用户提供随时随地的无线接入。无线异构网络资源调度是指对无线异构网络的网络状态和无线资源利用情况进行分析，根据用户的需求给用户分配最优的目标无线网络和无线资源，可以满足用户的业务多样性需求。目前的无线异构网络资源调度研究主要关注系统吞吐量或者用户容量的最大化，然而，随着5G应用场景的多样化，各中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，并且需要保证服务的可靠性。业务的多样性增加了无线异构网络资源调度的难度，不仅包括接入网络的选择和无线资源的调度，还包括服务质量和可靠性保证，因此无线异构网络的资源调度受到了广泛关注。
南京邮电大学在其申请的专利文献“一种基于强化学习的异构网络资源分配方法”(申请日：2021年1月5日，申请号：202110006111.3，授权公告号：CN 112351433 B)中公开了一种无线异构网络资源调度方法。该方法的具体步骤为：第一步，首先在每个基站部署DNN框架，将信道信息当作网络的权重；第二步，根据基站所得到的数据，即当前的用户关联信息、平均干扰功率，给出当前状态下最佳的资源分配策略；第三步，将每个基站视为独立代理，基站的状态被作为建模环境。若干代理程序观察同一异构网络环境并采取行动，将频谱效率函数设置为代理的奖励，代理程序通过环境的奖励相互沟通；第四步，代理商根据奖励调节政策。该方法存在的不足之处是：由于每个基站都要部署一个DNN框架，将每个基站视为独立代理，利用强化学习每次做出资源调度决策都需要复杂的分析计算和较高的参数信令开销，由此增加了系统资源调度复杂度，导致信道资源开销较大。
西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于RAN切片的异构无线网络切换方法”(申请日：2018年5月31日，申请号：201810550779.2，授权公告号：CN 108770025 B)中公开了一种无线异构网络资源调度方法。该方法的具体步骤为：第一步，选取最优目标无线网络；第二步，判断该网络中是否存在用户需求的RAN切片，若存在则执行第六步，否则执行第三步；第三步发送构建RAN切片的请求；第四步构建用户需求的RAN切片；第五步发送切换请求；第六步释放无线网络与用户的连接；第七步建立最优目标无线网络与用户的连接；第八步调度用户需求的RAN切片。该方法存在的不足之处是：对用户进行RAN切片调度时，进行网络切换是先释放无线网络与用户的连接，再通知最优目标无线网络切换与用户建立连接，需要用户进行主动切换，而普通用户不能自己决定接入某一具体无线网络，该资源调度方法对基站和用户要求较高，具有局限性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于无线接入网RAN切片的无线异构网络资源调度方法，用于解决现有无线异构网络资源调度方法分析计算复杂度高和参数信令开销较大，难以满足用户多样化业务的超低时延服务质量要求，无法保证定制化服务的连续性方法具有局限性的问题。
为实现上述目的，本发明的思路是，根据用户时延需求为用户选择目标基站集合，利用最优目标基站选择算法确定最优目标基站，先选择目标基站集合降低了资源调度的计算复杂度和参数信令开销，最优目标基站选择算法联合考虑用户的服务质量和频谱资源利用率，可以保证用户的服务体验的同时提高频谱资源利用率。本发明对用户进行RAN切片资源调度时，中心控制器通知源基站与最优目标基站建立X2连接，最优目标基站与用户通过X2接口获取的切换所需资源来建立通信连接，用户先建立与最优目标基站的连接再释放与源基站的连接，对基站和用户没有特殊要求。
本发明采取的技术方案包括如下步骤：
步骤1，为用户选择目标基站集合：
(1a)判断中心控制器获取用户时延需求参数是否小于或等于1ms，若是，则将该用户作为超低时延的用户后执行步骤(1b)；否则，将该用户作为普通用户后执行步骤(1c)；
(1b)每个超低时延的用户选择中心控制器连接的整体式部署基站作为其目标基站集合；
(1c)每个普通用户选择中心控制器连接的分离式部署基站作为其目标基站集合；
步骤2，利用最优目标基站选择算法确定最优目标基站：
(2a)利用熵权法，计算每个用户的目标基站集合中每个网络状态参数的权重值；
(2b)按照下式，确定最优目标基站：
其中，k表示根据用户的服务质量和频谱资源利用率选取的最优目标基站，表示获取目标基站集合N中使函数为最大值所对应的目标基站n的操作，∈表示元素属于符号，N表示目标基站的集合，T表示目标基站网络状态参数的总数，∑表示求和操作，ωt表示目标基站集合中第t个网络状态参数的权重值，dnt表示目标基站集合中第n个基站的第t个网络状态参数值，αn表示第n个基站的频谱资源利用率的权重值，μn表示第n个基站的频谱资源利用率；
步骤3，中心控制器判断用户的最优目标基站中是否存在满足用户需求的无线接入网RAN切片，若是，则执行步骤5，否则，执行步骤4；
步骤4，构建无线接入网RAN切片：
中心控制器根据获取的用户服务质量QoS需求参数，对最优目标基站构建满足用户需求的无线接入网RAN切片，切片构建成功后向中心控制器反馈切片信息；
步骤5，将用户当前接入的基站作为源基站，中心控制器收到切片反馈信息后，判断源基站与最优目标基站是否为同一基站，若是，则执行步骤8，否则，执行步骤6；
步骤6，中心控制器通知源基站与最优目标基站建立X2连接；
步骤7，用户通过X2接口进行基站切换：
中心控制器控制用户通过X2接口进行基站切换，切换完成后源基站和最优目标基站分别向中心控制器发送反馈信息；
步骤8，中心控制器为用户调度RAN切片：
中心控制器收到源基站的反馈信息和用户最优目标基站的反馈信息后，中心控制器调度用户需求的无线接入网RAN切片为用户提供服务。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，本发明根据用户时延需求为用户选择目标基站集合，利用最优目标基站选择算法确定最优目标基站，最优目标基站选择算法联合考虑用户的服务质量和频谱资源利用率在目标基站集合中确定最优目标基站，克服了现有技术中每次进行切片资源调度决策需要对所有基站进行分析，计算复杂度大和参数信令开销高的缺点，难以满足低时延用户的服务质量需求的问题，使得本发明具有快速为用户分配无线接入网切片资源，提升用户的服务体验的同时提高频谱资源利用率的优点。
第二，本发明通过X2接口进行基站切换为用户调度最优的无线接入网RAN切片资源，最优目标基站与用户通过X2接口获取切换所需资源信息，用户先建立与目标基站的连接再释放与源基站的连接，克服了现有技术中用户先释放与源基站的连接，无法与最优目标基站建立随机同步，对基站和用户要求极高的问题，使得本发明具有适用性强的优点。
附图说明：
图1为本发明的流程图。
具体实施方式：
下面结合附图1对本发明的实现步骤做进一步的描述。
步骤1，为用户选择目标基站集合。
第一步，判断中心控制器获取用户时延需求参数是否小于或等于1ms，若是，则将该用户作为超低时延的用户后执行本步骤的第二步，否则，将该用户作为普通用户后执行本步骤的第三步。
第二步，每个超低时延的用户选择中心控制器连接的整体式部署基站作为其目标基站集合。整体式部署基站的无线资源控制RRC(Radio Resource Control)、分组数据汇聚协议PDCP(Packet Data Convergence Protocol)、无线链路层控制协议RLC(Radio LinkControl)、媒体接入控制MAC(Media Access Control)、物理层PHY(Physical Layer)协议都在一个软基站中实现，软基站集中部署在靠近用户的机房通用服务器上。
第三步，每个普通用户选择中心控制器连接的分离式部署基站作为其目标基站集合。分离式基站将基站进行逻辑功能分离，分为集中单元和分布单元两部分，集中单元中实现RRC、PDCP协议，分布单元中实现RLC、MAC、PHY协议，集中单元和分布单元部署在不同的地方，集中单元集中式部署在中心机房的通用服务器上，分布单元搭载在专用集成芯片上部署在靠近用户的地方。
步骤2，利用最优目标基站选择算法确定最优目标基站。
利用熵权法，计算每个用户的目标基站集合中每个网络状态参数的权重值。
所述的网络状态参数包括目标基站集合中每个基站的发射信号强度、可用带宽、误码率、频谱资源利用率等无线网络状态属性。
按照下式，计算每个用户的目标基站集合中每个网络状态参数进行标准化值：
其中，表示第v个用户的目标基站集合中第i个目标基站的第j个网络状态参数的标准化值，min表示取最小值操作，/>表示第v个用户的目标基站集合中第i个目标基站的网络状态参数向量，max表示取最大值操作；
按照下式，计算每个用户的每个网络状态参数的概率值：
其中，表示第v个用户的目标基站集合中第i个目标基站的第j个网络状态参数的概率值，n表示目标基站集合中的目标基站总数。
按照下式，计算每个用户的每个网络状态参数的信息熵：
其中，表示第v个用户的第j个网络状态参数的信息熵，ln表示以取自然常数e为底的对数操作。
按照下式，计算每个网络状态参数的权重值：
其中，表示第v个用户的第j个网络状态参数的权重值，k表示网络状态参数总数。
按照下式，确定最优目标基站：
其中，k表示根据用户的服务质量和频谱资源利用率选取的最优目标基站，表示获取目标基站集合N中使函数为最大值所对应的目标基站n的操作，∈表示元素属于符号，N表示目标基站的集合，T表示目标基站网络状态参数的总数，∑表示求和操作，ωt表示目标基站集合中第t个网络状态参数的权重值，dnt表示目标基站集合中第n个基站的第t个网络状态参数值，αn表示第n个基站的频谱资源利用率的权重值，μn表示第n个基站的频谱资源利用率。
步骤3，中心控制器判断用户的最优目标基站中是否存在满足用户需求的无线接入网RAN切片，若是，则执行步骤5，否则，执行步骤4。
步骤4，构建无线接入网RAN切片。
中心控制器根据获取的用户服务质量QoS需求参数，对最优目标基站构建满足用户需求的无线接入网RAN切片，切片构建成功后向中心控制器反馈切片信息。
所述的用户服务质量QoS需求参数包括用户的吞吐量、时延和优先级需求。
步骤5，将用户当前接入的基站作为源基站，中心控制器收到切片反馈信息后，判断源基站与最优目标基站是否为同一基站，若是，则执行步骤8，否则，执行步骤6。
步骤6，中心控制器通知源基站与最优目标基站建立X2连接。
步骤7，用户通过X2接口进行基站切换。
中心控制器控制用户通过X2接口进行基站切换，切换完成后源基站和最优目标基站分别向中心控制器发送反馈信息。
源基站通过X2通道向最优目标基站发送HANDOVER REQUEST信令，该信令中携带包括接入层配置信息和用户上下文信息的最优目标基站所需要的资源准备参数。
最优目标基站接收到HANDOVER REQUEST信令完成切换准备后，通过X2通道向源基站发送携带最优目标基站相关信息的HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE信令，通知源基站切换资源准备已经完成。
源基站接收到HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE信令后，以RRC消息的形式将最优目标基站相关信息发送给用户。
用户接收到RRC消息后根据最优目标基站相关信息与最优目标基站建立通信链路，建立成功后最优目标基站向中心控制器发送反馈信息。
用户从源基站去附着，源基站向中心控制器发送反馈信息，完成从源基站到最优目标基站的切换。
步骤8，中心控制器为用户调度RAN切片。
中心控制器收到源基站的反馈信息和用户最优目标基站的反馈信息后，中心控制器调度用户需求的无线接入网RAN切片为用户提供服务。
Claims (2)
1.一种基于无线接入网RAN切片的无线异构网络资源调度方法，其特征在于，根据用户时延需求为用户选择目标基站集合，利用最优目标基站选择算法确定最优目标基站，通过X2接口进行基站切换最优目标基站为用户调度无线接入网RAN切片资源；该方法的步骤包括如下：
步骤1，为用户选择目标基站集合：
(1a)判断中心控制器获取用户时延需求参数是否小于或等于1ms，若是，则将该用户作为超低时延的用户后执行步骤(1b)；否则，将该用户作为普通用户后执行步骤(1c)；
(1b)每个超低时延的用户选择中心控制器连接的整体式部署基站作为其目标基站集合；
(1c)每个普通用户选择中心控制器连接的分离式部署基站作为其目标基站集合；
步骤2，利用最优目标基站选择算法确定最优目标基站：
(2a)利用下述熵权法，计算每个用户的目标基站集合中每个网络状态参数的权重值：
第一步，按照下式，计算每个用户的目标基站集合中每个网络状态参数进行标准化值：
其中，表示第v个用户的目标基站集合中第i个目标基站的第j个网络状态参数/>的标准化值，min表示取最小值操作，/>表示第v个用户的目标基站集合中第i个目标基站的网络状态参数向量，max表示取最大值操作；
第二步，按照下式，计算每个用户的每个网络状态参数的概率值：
其中，表示第v个用户的目标基站集合中第i个目标基站的第j个网络状态参数的概率值，n表示目标基站集合中的目标基站总数；
第三步，按照下式，计算每个用户的每个网络状态参数的信息熵：
其中，表示第v个用户的第j个网络状态参数的信息熵，ln表示以取自然常数e为底的对数操作；
第四步，按照下式，计算每个网络状态参数的权重值：
其中，表示第v个用户的第j个网络状态参数的权重值，k表示网络状态参数总数；
(2b)按照下式，确定最优目标基站：
其中，k表示根据用户的服务质量和频谱资源利用率选取的最优目标基站，表示获取目标基站集合N中使函数为最大值所对应的目标基站n的操作，∈表示元素属于符号，N表示目标基站的集合，T表示目标基站网络状态参数的总数，∑表示求和操作，ωt表示目标基站集合中第t个网络状态参数的权重值，dnt表示目标基站集合中第n个基站的第t个网络状态参数值，αn表示第n个基站的频谱资源利用率的权重值，μn表示第n个基站的频谱资源利用率；
步骤3，中心控制器判断用户的最优目标基站中是否存在满足用户需求的无线接入网RAN切片，若是，则执行步骤5，否则，执行步骤4；
步骤4，构建无线接入网RAN切片：
中心控制器根据获取的用户服务质量QoS需求参数，对最优目标基站构建满足用户需求的无线接入网RAN切片，切片构建成功后向中心控制器反馈切片信息；
步骤5，将用户当前接入的基站作为源基站，中心控制器收到切片反馈信息后，判断源基站与最优目标基站是否为同一基站，若是，则执行步骤8，否则，执行步骤6；
步骤6，中心控制器通知源基站与最优目标基站建立X2连接；
步骤7，用户通过X2接口进行基站切换：
中心控制器控制用户通过X2接口进行基站切换，切换完成后源基站和最优目标基站分别向中心控制器发送反馈信息；
步骤8，中心控制器为用户调度RAN切片：
中心控制器收到源基站的反馈信息和用户最优目标基站的反馈信息后，中心控制器调度用户需求的无线接入网RAN切片为用户提供服务。
2.根据权利要求1所述的基于无线接入网RAN切片的无线异构网络资源调度方法，其特征在于，在步骤(7)中所述的控制用户通过X2接口进行基站切换的步骤如下：
第一步，源基站通过X2通道向最优目标基站发送HANDOVER REQUEST信令，该信令中携带包括接入层配置信息和用户上下文信息的最优目标基站所需要的资源准备参数；
第二步，最优目标基站接收到HANDOVER REQUEST信令完成切换准备后，通过X2通道向源基站发送携带最优目标基站相关信息的HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE信令，通知源基站切换资源准备已经完成；
第三步，源基站接收到HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE信令后，以RRC消息的形式将最优目标基站相关信息发送给用户；
第四步，用户接收到RRC消息后根据最优目标基站相关信息与最优目标基站建立通信链路，建立成功后最优目标基站向中心控制器发送反馈信息；
第五步，用户从源基站去附着，源基站向中心控制器发送反馈信息，完成从源基站到最优目标基站的切换。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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