5G无线网络虚拟化的动态资源分配算法研究

发布时间：2020-03-21 21:23

【摘要】：5G无线网络技术的蓬勃发展为物联网、车联网和工业互联网等新兴社会生产方式的变革铺平道路。然而由于无线资源的匮乏以及日益复杂的网络系统,使无线网络的演进升级面临诸多严峻的挑战,主要体现在无线网络的异构化和密集化、应用场景的多样化、业务的动态化与传统无线网络架构之间的矛盾。3G、4G网络的设计主要集中于峰值速率及频谱效率的提升上,5G网络则更侧重于在超密集部署的异构网络基础上,因此迫切需要构建一种基于软件实现及虚拟化技术的动态高效、可扩展的新型网络架构。目前已有许多研究人员提出网络虚拟化技术是解决互联网架构僵化的可行途径。现有研究侧重于有线网络领域的虚拟化,主要涉及数据中心网络和骨干网络,而针对无线接入网侧的虚拟化关键技术研究仍处于起步阶段。为了加快无线通信技术革新进程和满足新兴业务的差异化需求,无线网络虚拟化成为学界和工业界的研究热点和重点。本文从无线网络虚拟化的资源分配角度出发,分析总结国内外现有的虚拟网络资源分配方案,建立无线虚拟网络资源分配模型和跨域虚拟网络资源分配模型,并引入社交网络和复杂网络中的网络中心性理论对虚拟网络和物理网络的拓扑属性进行分析,提出了两种高效的虚拟网络资源分配方法。无线网络环境中虚拟网络请求的陆续生成会导致底层物理资源分配碎片化,使得后期业务请求构建成功率越来越低,本文针对此问题设计了一种基于节点聚合中心性的无线虚拟网络映射算法。该算法引入网络中心性计算理论,从网络拓扑的局部和全局角度出发,分别对虚拟网络和物理网络中节点的拓扑关系进行分析,结合节点扩展资源信息,建立虚拟节点和物理节点的中心性排序度量模型。同时计算无线链路的干扰量化系数和无线链路带宽成本,选取干扰较小且资源更丰富的物理路径分配给虚拟链路进行部署。由仿真结果可得,该算法实现了更高的虚拟网络请求构建成功率,提高了映射收益成本比,并有效改善了物理资源分配的均衡性。现有网络架构越来越僵化,难以满足未来5G网络接入模式多样性、多技术协同性的需求。本文基于支持处理多类型业务的跨域融合网络架构,研究跨域虚拟网络映射问题,设计了一种基于拓扑感知和资源属性的跨域虚拟网络映射算法。该架构在底层网络基础设施和资源共享的基础上实现全网的虚拟化,支持构建移动业务和固定业务的多域虚拟网络请求。基于网络局部和全局角度,利用网络中心性理论分析虚拟网络和物理网络中节点的拓扑信息,结合网络扩展资源,分别建立虚拟节点和物理节点的多属性评价模型,基于此模型引入主成分分析法进行指标降维,随后利用逼近理想解排序法度量节点的部署优先级。同时依据链路资源成本分析底层链路负载状态并完成链路部署。由仿真结果可得,该算法实现了更高的多域虚拟网络请求构建成功率和更优的映射收益成本比,可确保物理资源分配具有较好的均衡性,并能减小网络映射时延。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

【参考文献】