[发明专利]一种基于资源隔离与复用的网络切片无线资源分配方法

说明书

本发明提供一种网络切片无线资源分配方法，包括：步骤100：根据切片数目以及观察时间长度随机产生多个初始个体；步骤200：计算每个个体的隔离度，以隔离度作为约束，去除不能满足隔离度要求的个体；步骤300：对所述满足隔离度要求的个体，计算每个个体的系统平均资源复用度，并以系统平均资源复用度作为适应度，根据适应度进行遗传操作；步骤400：重复执行步骤200和步骤300，在达到预定执行次数后结束。基于本发明的实施例，在损失很少的网络切片资源复用度的前提下，可以满足所有切片的资源隔离度要求。

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及网络切片的资源分配、资源隔离与资源复用。

背景技术

随着移动通信技术的高速发展，第五代无线网络(5G)将为用户提供一个灵活、弹性化的网络，通过为用户提供大带宽、低时延、大连接的无线网络能力，实现海量终端设备(如智能手机、海量高密度工业物联网传感器、智慧家居等)的无线互联入网，推进实现无处不在的万物互联物联网架构。5G时代异构终端设备入网将不断产生海量固定按某种规律到达或突发的移动带宽数据与服务请求，未来新的业务形态的不断孵化产生，对QoS提出了差异化的要求，未来网络需要网络可定制化发展。但是，为每个应用程序场景部署单独的网络环境及基础设施会大大提升网络建设的成本和难度。面向日益多样化的业务请求和网络可定制化的需求，为了降低成本，网络切片技术应运而生，通过将多个逻辑网络部署在同一套公共网络基础设施上并发运行，实现网络差异化、可定制化发展。网络切片是一种按需组网的方式，可以使运营商在统一的基础设施上切分出多个虚拟的、逻辑上的端到端网络，以适配各种类型的应用。网络切片的主要特点是在公共共享的物理基础设施之上运行多个逻辑上独立的网络，通过网络切片，可以根据用户定制的服务等级协议(Service LevelAgreement，SLA)，灵活动态地将网络资源分配到逻辑的网络切片上。随着物联网、信息物理系统等网络应用的迅速发展，系统业务量不断增大，对资源和网络的需求也瞬息万变，需要不断调整对网络切片的资源分配来适应SLA的动态变化请求。但是，在无线网络中，频谱资源是有限的，网络运营商通常支付大量的钱来竞标频谱，因此最大限度地利用有限的无线资源是网络切片虚拟运营商的核心目标之一。与此同时，在接入网中，新用户或现有用户移动到相邻小区产生的干扰可能会降低现有用户的SINR，并导致当前的网络状况不再满足用户的QoS要求，所以网络切片的隔离水平将受到不断变化的用户请求和干扰的影响，带来网络性能下降、故障或安全漏洞等严重威胁网络安全的后果。因此，如何在保障网络切片资源隔离的前提下，保障用户的动态QoS需求成为了网络切片中迫切需要解决的问题，从而引发研究者开始对网络切片资源隔离和资源复用进行研究。

对于资源隔离而言，尽管网络切片隔离的重要性已得到充分认识，但现有的大多数研究大多忽略了隔离的内涵，或将其描述为实现网络切片的一个属性，尚未形成对网络切片资源隔离的标准化定义。有文献对网络切片的隔离水平和QoS保障(比特率)进行优化并定义隔离水平参数Isolation_Factor，利用遗传算法(Genetic Algorithm，GA)在最小化不能满足QoS的用户数量的同时最小化切片间的干扰，从而提升切片系统的隔离水平。有文献从网络切片的角度以对安全隔离进行研究与综述，指出网络切片的关键特性包括适当的切片设计和建立、接口安全性、合适的访问协议、正确的虚拟资源共享以及可适应的管理和编制体系结构(MANO)，并对无线和软件定义网络(SDN)的挑战、安全性的进行讨论，明确网络切片安全隔离的两个主要挑战：正确定义隔离参数、设计合适的MANO系统。还有文献采用准入控制机制保障切片间的隔离，但是这种准入控制机制会降低用户的体验质量(QoS)。但是，上述研究工作多数只是单一的考虑了网络切片间资源隔离的情况，忽略了以下情况：i)系统资源的实际情况；ii)网络切片隔离的内涵；iii)网络切片隔离与系统内其他因素之间的关系等相关挑战。同时，如果需要达到完全的隔离，要求不同切片、切片内不同的服务独享一块资源，即在网络切片中采用硬隔离模式。但是，随着业务量的不断增大，海量业务请求大量频谱资源对稀缺的频谱资源的现状产生巨大的挑战，需要通过资源复用等技术提升资源利用率。因此，在对网络切片隔离性进行讨论时，不可避免的需要对系统内的资源复用进行联合考虑，即在网络切片中采用软隔离的模式。