CN115967629A - 一种基于5g通信网络切片划分的数据通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于5G通信网络切片划分的数据通信系统，该数据通信系统设置有通信管控装置，该通信管控装置包括资源控制模块、用户匹配模块和切片调度模块。本发明公开的基于5G通信网络切片划分的数据通信系统可以通过比较用户端的当前服务请求的当前目标服务效益与预设的服务效益阈值之间的大小关系，以确定网络切片资源的分配情况，基于用户实际需求而实现通信系统的资源优化配置，有利于对用户的运行效益作出高效管理。

Description

一种基于5G通信网络切片划分的数据通信系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于5G通信网络切片划分的数据通信系统。

背景技术

第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术。

网络切片技术作为5G的关键技术之一，通过软件定义网络技术和网络功能虚拟化技术实现了控制平面和用户平面的解耦、物理实体与网元功能的分离以及网络功能的定制选择，以达到实时分配网络资源的目的。网络切片可以根据服务场景需求对网络功能进行定制裁剪，对网络资源进行合理分配，使得网络为不同服务提供的服务更加灵活，提高资源效益量。

在对5G通信技术以及网络切片的相关研究检索过程中，发现现有专利文献主要涉及的是通信网络当中的关键部件进行改进，而未涉及有关全网用户运行效益的高效管理进行研究。专利CN112637929B公开了一种基于5G网络智能网关的设备接入控制方法，其中应用于网关设备的方法包括：所述网关设备连接第五代移动通信网络，并开启内部局域网；获取所述内部局域网中的电子设备的数据通信信息，所述数据通信信息包括所传输的数据类型；根据所述内部局域网中的电子设备所传输的数据类型，从网络切片中确定所述电子设备对应的第一网络切片，所述网络切片基于所述第五代移动通信网络划分；控制所述内部局域网中的电子设备连通对应的所述第一网络切片。专利CN111492683B公开了一种用于为用户装备提供对通信网络的无线电接入的无线电接入网RAN切片。该RAN切片由RAN切片标识符来唯一地标识。RAN切片包括用于为用户装备提供对RAN切片的接入的基站、被配置成处理正标识RAN切片的RAN切片标识符的接入和移动性管理功能AMF实体、以及被配置成处理用户装备在RAN切片上的数据通信的会话管理功能SMF实体。基站被配置成接收源自用户装备的连接到RAN切片的附连请求，并且如果该附连请求不包括RAN切片标识符，则拒绝对RAN切片的接入。

可见，如何对用户的运行效益作出高效管理，是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，提出了一种基于5G通信网络切片划分的数据通信系统，有利于对用户的运行效益作出高效管理。

本发明公开的一种基于5G通信网络切片划分的数据通信系统，设置有通信管控装置，所述通信管控装置包括资源控制模块，所述资源控制模块在控制所述数据通信系统中的网络通信资源分配过程中，执行的步骤包括：

所述资源控制模块根据用户端的当前服务请求和对应的当前网络切片资源信息，确定出所述用户端的当前目标服务效益；

所述资源控制模块针对所述当前目标服务效益小于等于预设的服务效益阈值所对应的第一当前服务请求执行服务请求挂起的操作；

所述资源控制模块对所述当前目标效益大于所述服务效益阈值所对应的第二当前服务请求执行网络切片空闲资源的释放操作；

所述资源控制模块将所述网络切片空闲资源整合至所述第一当前服务请求对应的网络切片资源，形成第一网络切片资源，其中，根据所述第一当前服务请求和所述第一网络切片资源确定出的第一目标服务效益大于所述服务效益阈值；

所述资源控制模块基于所述第一网络切片资源，对所述第一当前服务请求作出响应；

所述通信管控装置还包括用于将网络切片与用户端配对的用户匹配模块和用于根据用户端的当前服务请求以及实时的网络通信资源状态分配网络切片资源的切片调度模块。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述资源控制模块根据用户端的当前服务请求和对应的当前网络切片资源，并且基于服务效益预测算法确定出所述用户端的当前目标服务效益，其中，所述服务效益预测算法包括：

求取延迟约束切片用户的平均延迟效益量L_m ^d：

式中，K_m ^T表示在时刻T的切片m上连接的用户总数，

表示在延迟约束条件下的切片m连接用户k的延迟效益量；

求取延迟约束切片m的平均资源效益量Z_m ^d：

式中，

表示速率约束条件下的切片m连接用户k的资源效益量；

求取速率约束切片用户平均速率效益量L_m ^c：

式中，

表示在速率约束条件下的切片m连接用户k的速率效益量；

求取速率约束切片m的平均资源效益量Z_m ^c：

式中，

表示在速度约束条件下的切片m连接用户k的资源效益量；

求取当前目标服务效益q：

式中，L_m表示速率方面的效益量，Z_m表示资源利用方面的效益量，β为切片m的′

效用权重，β∈[0，0，5]，q表示在时刻T之前累积的服务效益耗损量，μ表示时刻T之前累积的服务耗损效益量对时刻T的影响系数，μ∈(0，0.5]，

当切片m为延时约束切片时，L_m＝L_m ^d，Z_m＝Z_m ^d，

当切片m为速度约束切片时，L_m＝U_m ^c，Z_m＝Z_m ^c。

作为一种可选的实施方式，本发明中，在所述资源控制模块根据用户端的当前服务请求和对应的当前网络切片资源信息，确定出所述用户端的当前目标服务效益之前，所述资源控制模块执行的步骤包括：

所述资源控制模块根据所述数据通信系统中所标记的用户优先级排序，依次接收由用户端发送的当前服务请求；

所述资源控制模块获取由所述切片调度模块发送的与所述当前服务请求对应的当前网络切片资源信息。

作为一种可选的实施方式，本发明中，所述网络通信资源包括无线资源、传输资源和计算资源。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为本发明的通信管控装置结构示意图；

图2为本发明的资源控制模块在控制所述数据通信系统中的网络通信资源分配过程的流程图；

图3为本发明的切片资源状态示意图；

图4为本发明的资源控制模块在控制所述数据通信系统中的网络通信资源分配过程的实例示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明公开了一种基于5G通信网络切片划分的数据通信系统，该数据通信系统设置有通信管控装置，如图1所示，该通信管控装置包括资源控制模块，资源控制模块在控制数据通信系统中的网络通信资源(具体地，网络通信资源可以包括计算或储存资源、传输资源以及计算资源)分配过程中，如图3所示，执行的步骤包括：

S101、资源控制模块根据用户端的当前服务请求和对应的当前网络切片资源信息，确定出用户端的当前目标服务效益。

可选的，步骤S101中，资源控制模块可以基于服务效益预测算法确定出用户端的当前目标服务效益，具体而言，该服务效益预测算法可以如下。

首先，确定相关对象的定义。

将数据通信系统作用范围内的目标通信网络的全网资源表示为N＝{1，2，…，N}，将目标通信网络的调度层切片表示为M＝{1，2，…，M}，将目标通信网络的在线用户集合表示为K＝{1，2，…，K}，对于调度层某确定的切片m上连接的在线用户集合表示为K_m，k_m表示该切片m上的某一个的用户k。

然后，求取关键参量如下。

求取延迟约束切片用户的平均延迟效益量L_m ^d：

式中，K_m ^T表示在时刻T的切片m上连接的用户总数，

表示在延迟约束条件下的切片m连接用户k的延迟效益量。

可选的，

的确定过程如下：

式中，l₁、l₂、l₃和l₄为根据应用场景情况(如，硬件系统的额定参数、根据用户需求而确定的配置参数等)预先确定的延迟约束条件下的切片m连接用户k的效用曲线常数，τ_km表示用户的实际延迟量(以秒为单位)，τ_km ^max表示用户的延迟上限(以秒为单位)。进一步可选的，l₁、l₂、l₄的取值范围可以是(0，1)，l₃的取值范围可以是(0,10³)。

求取延迟约束切片m的平均资源效益量Z_m ^d：

式中，

表示速率约束条件下的切片m连接用户k的资源效益量。

可选的，

的确定过程如下：

式中，r_km ^min为延迟约束条件下的切片m连接用户k的归一化的用户最小传输速率，r_km为延迟约束条件下的切片m连接用户k的归一化的用户实际传输速率。

求取速率约束切片用户平均速率效益量L_m ^c：

式中，

表示在速率约束条件下的切片m连接用户k的速率效益量。

可选的，

的确定过程可以如下：

式中，l₅和l₆为根据应用场景情况(如，硬件系统的额定参数、根据用户需求而确定的配置参数等)预先确定的速率约束条件下的切片m连接用户k的效用曲线常数，r_km为归一化的传输速率，c_km ^min为每秒连接用户的最小传输数据速率的约束值。进一步可选的，b₅和b₆的取值范围可以是(0，1)。

求取速率约束切片m的平均资源效益量R_m ^c：

式中，

表示在速度约束条件下的切片m连接用户k的资源效益量。

可选的，

的确定过程如下：

式中，γ_km为速度约束条件下的切片m连接用户k的实际传输速率。

求取当前目标服务效益q：

q＝βL_m+(1-β)Z_m-μq′

式中，L_m表示速率方面的效益量，Z_m表示资源利用方面的效益量，β为切片m的效用权重，β∈[0，0.5]，q′表示在时刻T之前累积的服务效益耗损量，μ表示时刻T之前累积的服务耗损效益量对时刻T的影响系数，μ∈(0，0.5]，

当切片m为延时约束切片时，L_m＝L_m ^d，Z_m＝Z_m ^d，

当切片m为速度约束切片时，L_m＝L_m ^c，Z_m＝Z_m ^c。

S102、资源控制模块针对当前目标服务效益小于等于预设的服务效益阈值所对应的第一当前服务请求执行服务请求挂起的操作。

可选的，服务效益阈值可以是根据该数据通信系统在具体应用场景中多次运行而得到的经验值确定，具体地，取值范围可以是0.7至0.9之间。

S103、资源控制模块对当前目标效益大于服务效益阈值所对应的第二当前服务请求执行网络切片空闲资源的释放操作。

需要指出的是，步骤S102和步骤S103的先后顺序可以根据实际情况调整，通常，在硬件条件满足的情况下，步骤S102和步骤S103可以同时进行，进一步地，在执行步骤S103时，资源控制模块还可以基于第二当前服务对应的待使用的网络切片资源，对第二当前服务请求作出响应。

如图3所示，在数据通信系统中，可以将若干个资源块(如，UR₁…UR_N)分成若干个网络切片(如，切片1,、切片2)，网络切片中的资源使用情况不尽相同，有的资源被使用(如，AR₁₁为切片1的RR₁部分中被使用的资源，AR_1N为切片1的RR_1N部分中被使用的资源,AR₂₁为切片2的RR₂部分中被使用的资源以及AR_2N为切片2的RR_2N部分中被使用的资源)，而有的资源是空闲的(如，切片1的RR₁部分中的空白部分，切片1的RR_1N中的空白部分,切片2的RR₂中的空白部分以及切片2的RR_2N中的空白部分)。

可选的，如图1所示，资源控制模块可以控制与其通信连接的切片调度模块从该第二当前服务请求对应的网络切片资源筛选出空闲资源，并更新第二当前服务请求对应的网络切片资源分配状态，使得该空闲资源被标记为可分配资源，即该空闲资源被释放。

S104、资源控制模块将网络切片空闲资源整合至第一当前服务请求对应的网络切片资源，形成第一网络切片资源。

其中，根据第一当前服务请求和第一网络切片资源确定出的第一目标服务效益大于服务效益阈值。

那么，第二网络切片资源可以为第二当前服务请求对应的网络切片资源，可以理解的是，第二网络切片资源包括第二当前服务对应的待使用的网络切片资源和网络切片空闲资源。

可选的，对于某确定的时间段内，可以在该时间段的若干个时间节点中执行步骤S101至S103，即上述步骤可以是循环执行的，直至使得根据第一当前服务请求和第一网络切片资源确定出的第一目标服务效益大于服务效益阈值以跳出循环，使得跳出循环后，该服务请求对应的目标服务效益大于预设的服务效益阈值，那么，资源控制模块将对该服务请求作出响应，即执行步骤S105。

S105、资源控制模块基于第一网络切片资源，对第一当前服务请求作出响应。

进一步的，通信管控装置还包括用于将网络切片与用户端配对的用户匹配模块和用于根据用户端的当前服务请求以及实时的网络通信资源状态分配网络切片资源的切片调度模块。又进一步的，资源控制模块对于服务请求作出响应，可以是该资源控制模块对切片调度模块发送控制指令，使得该切片调度模块将第一网络切片资源分配给对应的用户端，又进一步的，用户匹配模块可以根据该切片调度模块关于第一当前服务请求所分配的第一网络切片资源与相应的用户端进行匹配处理。

图3为步骤S101至步骤S105中对于网络切片资源分配过程的实例示意图，图中，用户B的服务效益Q_B1小于预先确定的服务效益阈值Q时，其服务请求被挂起，通过释放用户A(用户A的服务效益大于预先确定的服务效益阈值)的服务请求对应的网络切片空闲资源，并将该空闲资源整合至用户B的服务请求对应的网络切片资源中，使得此时的用户B的服务效益Q_B2大于预先确定的服务效益阈值Q，从而使得其服务请求得到响应。

可见，本发明公开的基于5G通信网络切片划分的数据通信系统可以通过比较用户端的当前服务请求的当前目标服务效益与预设的服务效益阈值之间的大小关系，以确定网络切片资源的分配情况，基于用户实际需求而实现通信系统的资源优化配置，有利于对用户的运行效益作出高效管理。

进一步的，为了保障通信系统内用户的请求得到有序的响应，以及提高通信系统运行的高效性，在资源控制模块根据用户端的当前服务请求和对应的当前网络切片资源信息，确定出用户端的当前目标服务效益之前，资源控制模块执行的步骤包括：

资源控制模块根据数据通信系统中所标记的用户优先级排序，依次接收由用户端发送的当前服务请求；

资源控制模块获取由切片调度模块发送的与当前服务请求对应的当前网络切片资源信息。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。并且应当理解，在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于5G通信网络切片划分的数据通信系统，其特征在于，设置有通信管控装置，所述通信管控装置包括资源控制模块，所述资源控制模块在控制所述数据通信系统中的网络通信资源分配过程中，执行的步骤包括：

所述资源控制模块根据用户端的当前服务请求和对应的当前网络切片资源信息，确定出所述用户端的当前目标服务效益；

所述资源控制模块针对所述当前目标服务效益小于等于预设的服务效益阈值所对应的第一当前服务请求执行服务请求挂起的操作；

所述资源控制模块对所述当前目标效益大于所述服务效益阈值所对应的第二当前服务请求执行网络切片空闲资源的释放操作；

所述资源控制模块将所述网络切片空闲资源整合至所述第一当前服务请求对应的网络切片资源，形成第一网络切片资源，其中，根据所述第一当前服务请求和所述第一网络切片资源确定出的第一目标服务效益大于所述服务效益阈值；

所述资源控制模块基于所述第一网络切片资源，对所述第一当前服务请求作出响应；

所述通信管控装置还包括用于将网络切片与用户端配对的用户匹配模块和用于根据用户端的当前服务请求以及实时的网络通信资源状态分配网络切片资源的切片调度模块。

2.根据权利要求1所述的基于5G通信网络切片划分的数据通信系统，其特征在于，所述资源控制模块根据用户端的当前服务请求和对应的当前网络切片资源，并且基于服务效益预测算法确定出所述用户端的当前目标服务效益，其中，所述服务效益预测算法包括：

求取延迟约束切片用户的平均延迟效益量L_m ^d：

式中，K_m ^T表示在时刻T的切片m上连接的用户总数，

表示在延迟约束条件下的切片m连接用户k的延迟效益量；

求取延迟约束切片m的平均资源效益量Z_m ^d：

式中，

表示速率约束条件下的切片m连接用户k的资源效益量；

求取速率约束切片用户平均速率效益量L_m ^c：

式中，

表示在速率约束条件下的切片m连接用户k的速率效益量；

求取速率约束切片m的平均资源效益量Z_m ^c：

式中，

表示在速度约束条件下的切片m连接用户k的资源效益量；

求取当前目标服务效益q：

q＝βL_m+(1-β)Z_m-μq′

式中，L_m表示速率方面的效益量，Z_m表示资源利用方面的效益量，β为切片m的效用权重，β∈[0，0，5]，q′表示在时刻T之前累积的服务效益耗损量，μ表示时刻T之前累积的服务耗损效益量对时刻T的影响系数，μ∈(0，0.5]，

当切片m为延时约束切片时，L_m＝L_m ^d，Z_m＝Z_m ^d，

当切片m为速度约束切片时，L_m＝U_m ^c，Z_m＝Z_m ^c。

3.根据权利要求2所述的基于5G通信网络切片划分的数据通信系统，其特征在于，在所述资源控制模块根据用户端的当前服务请求和对应的当前网络切片资源信息，确定出所述用户端的当前目标服务效益之前，所述资源控制模块执行的步骤包括：

所述资源控制模块根据所述数据通信系统中所标记的用户优先级排序，依次接收由用户端发送的当前服务请求；

所述资源控制模块获取由所述切片调度模块发送的与所述当前服务请求对应的当前网络切片资源信息。

4.根据权利要求1所述的基于5G通信网络切片划分的数据通信系统，其特征在于，所述网络通信资源包括无线资源、传输资源和计算资源。

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