下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(5G)需要不斷滿足對于高吞吐量、低時(shí)延、極高可靠性、高容量連接數(shù)和更廣的移動(dòng)范圍的性能需求。為了應(yīng)對新型的垂直行業(yè)和多樣化的應(yīng)用場景的需求,5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software-Defined Network,SDN)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Function Virtualization,NFV)等技術(shù),將傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楦`活和可編程的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)切片作為實(shí)現(xiàn)靈活5G架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù),保證在共享的無線接入網(wǎng)(Radio Access Network,RAN),傳輸網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)(Core Network,CN)的基礎(chǔ)設(shè)施上的運(yùn)行可定制化的邏輯網(wǎng)絡(luò)。為了在基礎(chǔ)設(shè)施上實(shí)現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡(luò)切片有效部署和管理,應(yīng)解決以下的關(guān)鍵性問題:網(wǎng)絡(luò)切片部署、網(wǎng)絡(luò)切片內(nèi)部和切片之間的資源管理、多個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片并存場景下的控制平面配置、網(wǎng)絡(luò)切片性能監(jiān)測和重配置等問題。本課題圍繞實(shí)現(xiàn)端到端切片的目標(biāo),按照“RAN切片間數(shù)據(jù)平面功能專用,切片間的CN控制平面部分功能通用”的設(shè)計(jì)思路,從網(wǎng)絡(luò)側(cè)的角度上分析切片在RAN和CN的需求,從而解決無線定制虛擬網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)問題。本論文的貢獻(xiàn)與創(chuàng)新如下:首先,針對RAN切片的“可定制化”和“彈性化”的需求,針對RAN切片數(shù)據(jù)面的部署問題進(jìn)行了研究。由于RAN切片數(shù)據(jù)面功能根據(jù)不同的用戶場景需要按需量化,我們提出軟件定義協(xié)議棧技術(shù)(Software Defined Protocol,SDP),基于中心控制的管理方式,共享同一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化的模塊資源,并且允許對RAN數(shù)據(jù)平面的協(xié)議模塊進(jìn)行裁剪,以實(shí)現(xiàn)可定制化的RAN切片數(shù)據(jù)面的部署。隨后,為了實(shí)現(xiàn)SDP技術(shù)的在RAN層2數(shù)據(jù)面切片的應(yīng)用,我們解決了軟件定義協(xié)議棧(SDP)映射問題。通過提出分解算法選擇SDP功能模塊和虛擬鏈路,使得具有特定QoS的RAN切片數(shù)據(jù)平面的請求被最優(yōu)地映射到底層網(wǎng)絡(luò)中。最后,提供了SDP技術(shù)的實(shí)施架構(gòu),并通過實(shí)驗(yàn),證明SDP技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比,在RAN側(cè)協(xié)議棧處理時(shí)延、請求映射開銷和資源利用率等方面,能更有效實(shí)現(xiàn)RAN切片數(shù)據(jù)平面的部署。其次,對應(yīng)切片的“端到端保障性”的需求,針對基于SDN/NFV技術(shù)的RAN網(wǎng)絡(luò)切片的魯棒性問題,以及網(wǎng)絡(luò)切片中用戶的不確定業(yè)務(wù)需求觸發(fā)切片的重新配置的問題進(jìn)行了研究。首先,解決了網(wǎng)絡(luò)切片恢復(fù)問題,即重新映射具有確定性需求的網(wǎng)絡(luò)切片,其中重新映射是重新選擇VNF和鏈路以容納失效絡(luò)切片的過程。該問題的解決方案被用作對比魯棒網(wǎng)絡(luò)切片算法的性能的基準(zhǔn)。其次,提出了兩種魯棒網(wǎng)絡(luò)切片算法,用于隨機(jī)需求下的網(wǎng)絡(luò)切片的恢復(fù)和重構(gòu)。最后,在RAN層2數(shù)據(jù)面的仿真平臺進(jìn)行了實(shí)測,數(shù)值結(jié)果標(biāo)明我們提出的魯棒RAN切片算法可容許切片業(yè)務(wù)的不確定性。再次,為了實(shí)現(xiàn)端到端的切片和降低網(wǎng)絡(luò)信令開銷,作為端到端切片的重要組成部分,進(jìn)一步考慮了多切片在CN側(cè)關(guān)鍵功能的共享問題。特別地,考慮了當(dāng)多切片通用CN移動(dòng)管理功能時(shí),如何降低CN信令開銷的問題。為了滿足“切片之間功能共享”的需求,針對尋求切片中用戶的最優(yōu)尋呼和位置跟蹤區(qū)域的配置問題進(jìn)行了研究。提出了基于多層跟蹤區(qū)域和多層跟蹤區(qū)域列表結(jié)構(gòu)下,使用嵌入式馬爾可夫鏈模型,針對網(wǎng)絡(luò)切片中的特定UE的位置更新頻率和尋呼頻率的關(guān)系的分析模型,求解出每個(gè)切片的用戶(UE)的理論上最優(yōu)的跟蹤區(qū)域列表配置。通過比較數(shù)值和仿真結(jié)果,證明了我們提出的分析模型的有效性,并驗(yàn)證了與傳統(tǒng)單一跟蹤區(qū)域策略相比,所提出的多層跟蹤區(qū)域結(jié)構(gòu)可以有效減少對UE進(jìn)行尋呼和位置跟蹤的平均信令開銷。最后,對應(yīng)“多切片部署”的需求,解決了CN移動(dòng)性管理實(shí)體之間的負(fù)載均衡問題。由于NFV技術(shù)的應(yīng)用,5G通信系統(tǒng)支持核心網(wǎng)中移動(dòng)管理實(shí)體(Mobility Management Entity,MME)的虛擬化和MME資源池機(jī)制。因此,當(dāng)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片需要同時(shí)部署并共享核心網(wǎng)MME尋呼資源時(shí),需要解決資源池中MME間的尋呼資源負(fù)載均衡的問題,以均勻分布每個(gè)MME的運(yùn)行負(fù)載。首先,實(shí)現(xiàn)單個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片在其CN的控制平面的信令(包括尋呼和位置區(qū)域跟蹤產(chǎn)生的信令)最小化開銷的配置。其次,設(shè)計(jì)出當(dāng)UE處于不同狀態(tài)時(shí),MME尋呼不同網(wǎng)絡(luò)切片內(nèi)的UE和UE向MME進(jìn)行跟蹤區(qū)域更新的流程。最后,列出并求解多個(gè)切片共存時(shí),不同MME資源池中對應(yīng)MME間的尋呼負(fù)載均衡優(yōu)化問題。通過仿真對比基準(zhǔn)算法和優(yōu)化問題的結(jié)果,可以有效實(shí)現(xiàn)多切片并存場景下的MME資源池內(nèi)的尋負(fù)載均衡。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文46圖3-2 網(wǎng)絡(luò)切片生命周期流程k lstij(a) (b) (c)底層節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬鏈路原始底層路徑單個(gè)底層鏈路t u vs 多條底層鏈路重映射路徑原始映射重映射圖3-3 底層節(jié)點(diǎn)和鏈路的故障場景3.3 系統(tǒng)模型我們將圖 3-1 中的資源層的底層網(wǎng)絡(luò)（Subtrate Network，SN）建模為加權(quán)有向圖 ( , )，其中 和 分別表示底層節(jié)點(diǎn)和鏈路集合。底層節(jié)點(diǎn)是商用服務(wù)器或提供（虛擬）網(wǎng)絡(luò)功能的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。端口虛擬化技術(shù)[79]將底層鏈路轉(zhuǎn)化為多個(gè)虛擬鏈路。設(shè) 和 分別表示故障的底層節(jié)點(diǎn)和鏈接集。其中，故障的底層節(jié)點(diǎn)和鏈路分別是發(fā)生故障的商用服務(wù)器和物理網(wǎng)絡(luò)接口。其中，可用的底層節(jié)點(diǎn)和鏈路分別是正常運(yùn)行的商用服務(wù)器和物理網(wǎng)絡(luò)接口。類似地，我們用 和 分別表示可用的底層節(jié)點(diǎn)和鏈路，其中 和 。在底層節(jié)點(diǎn)上有多種類型的 VNF，使用 和 分別表示所有類型的 VNF 的集合和 VNF 的類型。使用向量iβ 來表示底層節(jié)點(diǎn)i中可用的每

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中度不確定情景下請求失敗率比較
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