雾无线接入网中多维资源切片技术研究

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随着通信网络的不断发展,网络业务也逐渐趋于多样化,不同的业务场景需满足差异化的通信需求。然而传统的一刀切网络架构又面临高度耦合以及不灵活的问题。由此,网络切片技术应运而生,通过在同一个物理网络上按需划分出多个逻辑独立的虚拟网络,从而满足性能隔离要求与多样化业务需求。通过充分开发利用网络边缘设备的计算、存储与通信等资源,雾无线接入网络(Fog Radio Access Network,F-RAN)在满足各种服务需求方面也具有巨大潜力。因此在F-RAN中进行网络切片是支持具有多样化需求场景一种灵活高效的解决方案。然而,如何为多样化需求生成定制切片以及如何应对需求的动态波动实现切片的自适应问题亟待解决。基于这两点考虑,本文重点研究在不同的服务需求场景下网络切片的资源分配与调整问题,主要的研究内容和创新工作总结如下:(1)为有效应对目前通信网络中差异化的服务需求场景,本文首先提出了面向通信服务的雾无线接入网切片生成方案。为实现资源的高效利用,该方案从经济学的角度出发采用交易的方式进行切片的生成与交付。运营商作为交易市场的卖家,通过对时间、频带、网络设施以及传输功率等多维资源的合理分配实现为不同业务类型的服务商提供定制的切片。为实现无冲突的资源分配,构造了一个4D冲突图用以刻画资源间的冲突关系,并在此基础上设计了基于混合传输模式的跨层资源分配方案用于切片的生成。随后将切片生成问题建模为混合整数非线性规划问题,由于该优化问题为NP-困难问题难以求解,采用了列生成算法将该问题分解为一个受限主问题和一个定价问题进行迭代求解从而获取最终的切片结果,最后通过仿真分析验证了所提方案的有效性。(2)基于第一项研究内容,本文进一步考虑了更多样化的服务场景下的切片问题,即不仅包含通信服务还考虑了计算和缓存服务。同时在切片生成的基础上,针对服务需求的动态变化特性,进一步研究了切片的自适应问题。为解决这两个问题,提出了一个面向“通-算-存”的雾无线接入网切片生成及自适应方案。为实现资源的合理分配和调整,该方案采用一个两层的交易市场来实现切片的生成及自适应。对于第一层市场,提出了一种切片生成方案,使运营商能够通过联合调度三维资源(通信、计算和缓存资源)为服务商提供定制切片。对于第二层市场,设计了一种基于强化学习的的切片自适应方案,使服务商能够根据当前需求向其他服务商购买或出售资源,从而对自己的片进行资源调整。最后通过仿真分析验证了方案的有效性。
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