CN113709885B - 一种多业务网络资源分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多业务网络资源分配方法，在满足业务b传输速率要求及所添加限制条件的前提下，以业务a的传输时延最小为优化目标，优化求解预构建的业务a的传输总时延函数，构建面向业务a的网络切片；计算满足业务b传输速率要求及所添加限制条件的发送终端s2接入网带宽和接收终端d2接入网带宽，将分配核心网带宽C a 后的核心网总带宽作为业务b的核心网带宽C b ，构建面向业务b的网络切片；根据面向业务a的网络切片和面向业务b的网络切片对网络资源进行分配，本发明显著降低传输时延。

Description

一种多业务网络资源分配方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种多业务网络资源分配方法。
背景技术
随着新一代通信技术的发展，视频播放和语音通话流媒体等多种新型终端业务萌发，数字通信的业务类型逐渐增多。保证每一种业务的传输满足其服务质量需求，是数据传输最基本的要求。网络切片技术是第五代移动通信技术中的核心技术。端到端的网络切片可以将网络资源灵活分配，按需组网，基于5G网络虚拟出满足各类业务服务质量要求的逻辑子网，从而应多业务的应用场景。在网络切片中，业务数据从发送终端发出，经由无线接入网与核心网，到达接收终端。因此，优化分配接入网与核心网的带宽资源，构建面向业务的网络切片，对同时满足多业务的服务质量要求有着至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多业务网络资源分配方法，通过网络切片优化网络资源分配方法，显著降低网络传输时延。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种多业务网络资源分配方法，包括：
在满足业务b传输速率要求及所添加限制条件的前提下，以业务a的传输时延最小为优化目标，优化求解预构建的业务a的传输总时延函数，得到业务a的发送终端s1接入网带宽、接收终端d1接入网带宽/>和核心网带宽C a ，构建面向业务a的网络切片；
在满足业务b传输速率要求及所添加限制条件的前提下，计算业务b的发送终端s2接入网带宽和接收终端d2接入网带宽/>，将分配核心网带宽C a 后的核心网总带宽作为业务b的核心网带宽C b ，构建面向业务b的网络切片；
根据面向业务a的网络切片和面向业务b的网络切片对网络资源进行分配。
优先地，所述传输总时延函数为：
其中，t a 为传输总时延；为业务a的发送终端s1接入网的传输时延，/>为业务a的核心网传输时延，/>为业务a的接收终端d1接入网的传输时延。
优先地，业务a发送终端s1接入网的传输时延由以下公式获得：
其中，V a 为业务a发送的数据包大小，为业务a的发送终端s1无线接入网的信道容量；
其中，P s1 为业务a发送终端s1的发送功率，为业务a发送终端s1到基站BS的瞬时信道参数，N 0为噪声功率谱密度。
优先地，业务a的接收终端d1接入网的传输时延由以下公式获得：
其中，V a 为业务a发送的数据包大小，为业务a的接收终端d1无线接入网的信道容量；
其中，P BS 为基站BS发送功率，为基站BS到业务a接收终端d1的瞬时信道参数，为噪声功率谱密度。
优先地，业务a的核心网传输时延由以下公式获得：
其中，V a 为业务a发送的数据包大小。
优先地，优化求解预构建的业务a的传输总时延函数的方法包括：
在不同通信设备发射功率下采用非线型规划对业务a的传输总时延函数进行优化求解。
优先地，所述限制条件包括：
分配业务a发送终端s1接入网带宽与分配业务b发送终端s2接入网带宽/>的总和小于或等于发送终端接入网总带宽/>；
分配业务a接收终端d1接入网带宽与分配业务b接收终端d2接入网带宽/>的总和小于或等于接收终端接入网总带宽/>；
分配业务a核心网带宽C a 与分配业务b核心网带宽C b 的总和小于或等于核心网总带宽C total ；
分配业务b发送终端s2接入网带宽与业务b的发送终端s2无线接入网的信道容量/>乘积的均值大于或等于业务b要求的传输速率R th ；
分配业务b接收终端d2接入网带宽与业务b的接收终端d2无线接入网的信道容量/>乘积的均值大于或等于业务b要求的传输速率R th 。
优先地，所述发送终端接入网带宽与发送终端无线接入网的信道容量/>乘积的均值/>采用下述公式计算获取：
其中，为业务b发送终端s2到基站BS的瞬时信道参数，/>为瞬时信道参数/>平方的均值，P S2 为业务b发送终端s2连接的基站BS发送功率，N 0为噪声功率谱密度。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明建立业务a的发送终端至接收终端的传输延时目标函数；根据要求添加限制条件，求解构建向业务a的网络切片和向业务b的网络切片，通过网络切片优化网络资源分配方法，显著降低了传输时延。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于网络切片的多业务网络资源分配系统的结构图；
图2是本发明实施例提供的优化宽带分配方法与均分带宽分配方法的对比曲线图；
图3是本发明实施例提供的一种多业务网络资源分配方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种基于网络切片的多业务网络资源分配系统，系统包括依次连接的发送终端、发送终端接入网、核心网、接收终端接入网和接收终端；所述发送终端与接收终端设置有多个；发送终端用于发送相应的业务数据；发送终端接入网将所述发送终端发送的业务数据传递给核心网；核心网对业务数据进行处理，并将业务数据通过接收终端接入网传递至接收终端，完成一次信息的传输。
如图2-3所示，一种多业务网络资源分配方法，该多业务网络资源分配方法应用于图1所示的多业务网络资源分配系统，多业务网络资源分配方法包括：
构建的业务a的传输总时延函数，得到业务a的发送终端s1至接收终端s2的传输总延时函数为：
其中，t a 为传输总时延；为业务a的发送终端s1接入网的传输时延，/>为业务a的核心网传输时延，/>为业务a的接收终端d1接入网的传输时延。
业务a发送终端s1接入网的传输时延由以下公式获得：
其中，V a 为业务a发送的数据包大小，为业务a的发送终端s1无线接入网的信道容量；
所述业务a的发送终端无线接入网的信道容量由以下公式获得：
其中，P s1 为业务a发送终端s1的发送功率，为业务a发送终端s1到基站BS的瞬时信道参数，N 0为噪声功率谱密度。
业务a的接收终端d1接入网的传输时延由以下公式获得：
其中，V a 为业务a发送的数据包大小，为业务a的接收终端d1无线接入网的信道容量；
业务a的接收终端无线接入网的信道容量由以下公式获得：
其中，P BS 为基站BS发送功率，为基站BS到业务a接收终端d1的瞬时信道参数，为噪声功率谱密度。
业务a的核心网传输时延由以下公式获得：
；
计算求得业务b的发送终端s2至接收终端d2的传输总延时函数为：
其中，为业务b的发送终端接入网的传输时延，/>为业务b的核心网的传输时延，/>为业务b的接收终端接入网的传输时延；V b 为业务b发送的数据包大小；/>为分配给业务b的发送终端无线接入网带宽；/>为业务b的发送终端无线接入网的信道容量；C b 为分配给业务b的核心网带宽；/>为分配给业务b的接收终端无线接入网带宽；/>为业务b的接收终端无线接入网的信道容量。
在满足业务b传输速率要求的前提下，以业务a由发送终端s1至接收终端d1的传输时延最小化为优化目标，优化求解预构建的业务a的传输总时延函数，并添加限制条件；
所述限制条件包括：分配业务a发送终端s1接入网带宽与分配业务b发送终端s2接入网带宽/>的总和小于或等于发送终端接入网总带宽/>；
分配业务a接收终端d1接入网带宽与分配业务b接收终端d2接入网带宽/>的总和小于或等于接收终端接入网总带宽/>；
分配业务a核心网带宽C a 与分配业务b核心网带宽C b 的总和小于或等于核心网总带宽C total ；
分配业务b发送终端s2接入网带宽与业务b的发送终端s2无线接入网的信道容量/>乘积的均值大于或等于业务b要求的传输速率R th ；
分配业务b接收终端d2接入网带宽与业务b的接收终端d2无线接入网的信道容量/>乘积的均值大于或等于业务b要求的传输速率R th 。
所述发送终端接入网带宽与发送终端无线接入网的信道容量/>乘积的均值公式为：/>
其中，与/>近似相等，所以直接取计算值为/>，表达公式为：
其中E[]表示均值，为业务b发送终端s2到基站BS的瞬时信道参数，为瞬时信道参数/>平方的均值，P S2 为业务b发送终端s2连接的基站BS发送功率；
限制条件转化为：
同理将限制条件转化为：
其中，为基站BS到业务b接收终端d2的瞬时信道参数；P BS 为业务b接收终端连接的基站BS发送功率。
基于优化目标对业务a的传输总时延函数进行优化求解，即为求业务a的传输总时延函数的最小值，表达的公式为：
其中，表示对/> 、/> 、C a 进行优化求解。
将业务a的传输总时延函数的优化求解问题转为凸优化问题，在不同通信设备发射功率下采用非线型规划对业务a的传输总时延函数进行优化求解；得到业务a的发送终端s1接入网带宽、接收终端d1接入网带宽/>和核心网带宽C a ，构建面向业务a的网络切片；
在满足业务b传输速率要求及所添加限制条件的前提下，计算业务b的发送终端s2接入网带宽和接收终端d2接入网带宽/>，将分配核心网带宽C a 后的核心网总带宽作为业务b的核心网带宽C b ，构建面向业务b的网络切片；
根据面向业务a的网络切片和面向业务b的网络切片对网络资源进行分配；该网络切片为不同业务的端到端专用网络，实现业务之间的逻辑隔离，使得业务a的数据传输不受业务b的影响，从而保证业务a的数据传输时延最小，提升网络的传输效率。
根据面向业务a的网络切片和向业务b的网络切片对网络资源进行分配；本实施例通过MATLAB仿真实现，在仿真中设定无线信道相互独立，设定电力设备与基站的距离为250米，设定业务a的数据包大小为512Bytes，设定业务b的数据包大小为1024Bytes，设定电力设备以及基站的发送功率为[0.5，5]瓦，设定无线接入网总带为100kHz，设定核心网总带宽资源是10Mbps，设定噪声功率谱密度是 -174dBm/Hz，如图2所示，获取优化宽带分配方法与均分带宽分配方法的对比曲线图；由对比曲线图可知通过网络切片优化网络资源分配方法，显著降低传输时延。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多业务网络资源分配方法，其特征在于，包括：
在满足业务b传输速率要求及所添加限制条件的前提下，以业务a的传输时延最小为优化目标，优化求解预构建的业务a的传输总时延函数，得到业务a的发送终端s1接入网带宽接收终端d1接入网带宽/>和核心网带宽Ca，构建面向业务a的网络切片；
所述传输总时延函数为：
其中，ta为传输总时延；为业务a的发送终端s1接入网的传输时延，/>为业务a的核心网传输时延，/>为业务a的接收终端d1接入网的传输时延；
所述限制条件包括：
分配业务a发送终端s1接入网带宽与分配业务b发送终端s2接入网带宽/>的总和小于或等于发送终端接入网总带宽/>
分配业务a接收终端d1接入网带宽与分配业务b接收终端d2接入网带宽/>的总和小于或等于接收终端接入网总带宽/>
分配业务a核心网带宽Ca与分配业务b核心网带宽Cb的总和小于或等于核心网总带宽Ctotal；
分配业务b发送终端s2接入网带宽与业务b的发送终端s2无线接入网的信道容量/>乘积的均值大于或等于业务b要求的传输速率Rth；
分配业务b接收终端d2接入网带宽与业务b的接收终端d2无线接入网的信道容量乘积的均值大于或等于业务b要求的传输速率Rth；
在满足业务b传输速率要求及所添加限制条件的前提下，计算业务b的发送终端s2接入网带宽和接收终端d2接入网带宽/>将分配核心网带宽Ca后的核心网总带宽作为业务b的核心网带宽Cb，构建面向业务b的网络切片；
根据面向业务a的网络切片和面向业务b的网络切片对网络资源进行分配。
2.根据权利要求1所述的多业务网络资源分配方法，其特征在于，业务a发送终端s1接入网的传输时延由以下公式获得：
其中，Va为业务a发送的数据包大小，为业务a的发送终端s1无线接入网的信道容量；
其中，PS1为业务a发送终端s1的发送功率，hS1,S为业务a发送终端s1到基站BS的瞬时信道参数，N0为噪声功率谱密度。
3.根据权利要求1所述的多业务网络资源分配方法，其特征在于，业务a的接收终端d1接入网的传输时延由以下公式获得：
其中，Va为业务a发送的数据包大小，为业务a的接收终端d1无线接入网的信道容量；
其中，PBS为基站BS发送功率，为基站BS到业务a接收终端d1的瞬时信道参数，N0为噪声功率谱密度。
4.根据权利要求1所述的多业务网络资源分配方法，其特征在于，业务a的核心网传输时延由以下公式获得：
其中，Va为业务a发送的数据包大小。
5.根据权利要求1所述的多业务网络资源分配方法，其特征在于，优化求解预构建的业务a的传输总时延函数的方法包括：
在不同通信设备发射功率下采用非线型规划对业务a的传输总时延函数进行优化求解。
6.根据权利要求1所述的多业务网络资源分配方法，其特征在于，所述发送终端接入网带宽与发送终端无线接入网的信道容量/>乘积的均值/> 采用下述公式计算获取：
其中，hs2,为业务b发送终端s2到基站BS的瞬时信道参数，E|hs2,|2]为瞬时信道参数hS2,S平方的均值，PS2为业务b发送终端s2连接的基站BS发送功率，N0为噪声功率谱密度。
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