【摘 要】
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第五代移动通信(5th-Generation Mobile Communication,5G)将出现更加丰富多彩的业务应用场景,它们的关键性能指标存在较大差异,而传统网络架构又面临高度耦合,不能灵活定制的问题,这些都严重制约5G的发展。基于软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)/网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,
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第五代移动通信(5th-Generation Mobile Communication,5G)将出现更加丰富多彩的业务应用场景,它们的关键性能指标存在较大差异,而传统网络架构又面临高度耦合,不能灵活定制的问题,这些都严重制约5G的发展。基于软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)/网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)的网络切片(Network Slicing,NS)技术应运而生,并成为5G的关键技术。应用网络切片技术,可以在一张物理网络上虚拟出多个逻辑隔离的端到端网络,满足不同应用需求。由于无线接入网(Radio Access Network,RAN)的复杂性,RAN切片作为端到端网络切片的重要组成部分,其架构还没有被第三代合作伙伴计划(3rdGeneration Partnership Project,3GPP)标准明确定义,本文首先研究RAN切片的体系架构,然后研究多维资源分配算法,最后通过实验验证。主要研究内容如下:(1)借鉴5G核心网服务化架构(Service Based Architecture,SBA),设计了RAN切片架构,实现网络功能的解耦和网络功能间的标准化通信接口,并基于开源平台OAI(Open Air Interface)、Flex RAN和Kubernetes搭建了RAN切片实验验证平台。其次设计了RAN切片间的硬隔离与软隔离方式和带宽资源隔离方案,并设计了RAN切片的实例化流程。最后,测试了RAN切片实验平台的性能,并在RAN切片实验平台上测试了RAN切片的隔离与实例化流程,测试结果能够表明该RAN切片设计方案的可行性,同时凸显了网络切片的特征和优势。(2)针对特定RAN切片服务过程中需要对切片资源动态扩容、缩容的应用场景,进一步研究了一种计算、存储和网络资源联合优化算法,并基于本文所搭建的RAN切片实验平台,对算法性能进行验证。本文利用Kubernetes实现对RAN切片所需的虚拟计算和存储资源的灵活调度,利用Flex RAN以可编程的方式实时修改基站的虚拟网络资源。该算法联合模拟退火算法和粒子群算法,在保证用户服务质量(Quality of Service,Qo S)的前提下,以最优化RAN切片的吞吐量为目标,实现多维资源的最优组合。通过RAN切片实验平台验证结果表明,该算法能够对RAN切片所需的多维资源实时动态调整,并得到一个最优的资源组合,保证RAN切片用户Qo S的同时,能够提高资源利用率。
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