基于定价的无线虚拟化资源调度方法
【专利摘要】本发明涉及移动与无线网络【技术领域】，提供了一种基于定价的无线虚拟化资源调度方法，该方法包括：确定物理网络的个数和每个物理网络所拥有的资源数；确定虚拟网络的个数和每个虚拟网络所需求的资源数；确定每个虚拟网络为得到所需求资源数而需要支付的价格，所述价格为关于其所需求资源数的凹函数；设定约束条件，包括每个虚拟网络最多由一个物理网络承载，和承载在每个物理网络中的虚拟网络资源数总和不超过该物理网络所拥有的资源数；在所述约定条件下，通过算法计算使物理网络总收益最大的资源调度方式。本发明可以在底层存在多个物理网络时，实现无线虚拟化资源的收益最大化调度。
【专利说明】基于定价的无线虚拟化资源调度方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动与无线网络【技术领域】，具体涉及一种基于定价的无线虚拟化资源调度方法。
【背景技术】
[0002]随着智能终端的日益繁荣以及人们对通信数据量需求的不断增长，无线移动网络已经成为影响人们生活的发展速度最快的技术之一。然而，无线网络却面临着自身的发展困境，首当其冲的便是“频谱资源危机”(Spectrum Crisis)。多家运营商表示现有频谱资源已日趋紧张难以满足急剧增长的移动数据需求，然而众多学者和业界专家则表示频谱资源危机主要原因是无线频谱资源没有得到充分利用。举一个常见的例子，人们身边充斥着各式各样的无线网络(各个运营商的GSM、3G、LTE、公用WiF1、企业WiFi网络等)，然而用户却只能有限地接入一个网络，即便该接入的网络性能较差或较拥塞，抑或即便其他无线网络拥有空余的、性能更好的资源。
[0003]无线虚拟化技术产生于上述背景之下，他允许在一个(或多个)共享的底层物理无线网络之上运行多个并行的虚拟无线网络，各虚拟无线网络可并行运行、部署不同的协议、独立承载服务。无线虚拟化可以将运营商分离为物理资源提供商(InPs)、服务(虚拟网)提供商(SPs)，并且为InPs、SPs以及终端用户(UE)均带来优势。对InPs而言，无线虚拟化后能够使其物理资源的利用率更大化，也能够更好的保障QoS需求，从而提高其收益；对于SPs而言，可以专注于服务的提供和创新，而不再受限于底层物理无线资源，同时也有利于小规模的服务提供商提供特有服务，加入市场竞争；对于终端用户(UE)而言，更多的服务提供商的加入使其有更多的选择灵活性，可以选择价格更合理、服务质量更高的SPs提供服务。仍考虑上述例子，采用无线虚拟化后，用户不再受限于具体的物理无线资源，可以根据自身需求的不同选择不同的虚拟网络接入，从而提高服务质量。因此，无线虚拟化技术可以显著提高无线频谱资源的利用率，并有利于物理资源的优化和网络服务的创新，有利于QoS保障以及用户体验。无线虚拟化于近年提出并在短时间内引起了众多学者的关注。
[0004]但为实现这一设想，无线虚拟化的首要问题是资源调度问题，即底层物理无线网络如何调度其物理资源(频谱资源)来满足若干虚拟网的请求。现有的无线虚拟化资源调度算法均较为简单或直接，并且假设物理资源提供商(InP)只提供一个物理无线网络的情形。然而实际情形中，底层存在多个物理网络，目前还没有一个完整的方案可以适用于这种底层多个物理网络时的资源调度情形。
【发明内容】
[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种基于定价的无线虚拟化资源调度方法，可以在底层存在多个物理网络时，实现无线虚拟化资源的收益最大化。
[0007](二)技术方案[0008]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
[0009]一种基于定价的无线虚拟化资源调度方法，其特征在于，该方法包括：
[0010]确定物理网络的个数和每个物理网络所拥有的资源数；
[0011]确定虚拟网络的个数和每个虚拟网络所需求的资源数；
[0012]确定每个虚拟网络为得到所需求资源数而需要支付的价格，所述价格为关于其所需求资源数的凹函数；
[0013]设定约束条件，包括每个虚拟网络最多由一个物理网络承载，和承载在每个物理网络中的虚拟网络资源数总和不超过该物理网络所拥有的资源数；
[0014]在所述约定条件下，通过算法计算使物理网络总收益最大的资源调度方式。
[0015]优选地，所述算法为遗传算法。
[0016]优选地，所述遗传算法中，每个染色体的基因的个数为所述虚拟网络的个数，基因的取值为物理网络的序号。
[0017]优选地，所述遗传算法的适用度为所述物理网络总收益，其计算方法包括：
[0018]计算每个虚拟网络所需求的资源数与需要支付价格的比值，并按从小到大的顺序将虚拟网络排序；
[0019]按照所述排序的顺序依次为每个虚拟网络调度其对应物理网络的序号下的资源，若调度后满足所述约束条件则将该虚拟网络标记为调度成功，否则标记为调度失败；
[0020]计算所有标记为调度成功的虚拟网络的需要支付的价格之和，记为所述物理网络总收益。
[0021]优选地，在计算所有标记为调度成功的虚拟网络的需要支付的价格之和，记为所述物理网络总收益步骤之前还包括：
[0022]寻找标记分别为调度成功和调度失败的两个虚拟网络，交换其对应的物理网络的序号和所述标记，使得交换后的调度方式满足所述约束条件，且所述物理网络总收益增大。
[0023]优选地，所述遗传算法的初始化操作中，对应每个虚拟网络随机选择对应的物理网络序号，每个物理网络被随机选择的概率与其所拥有的资源数正相关。
[0024]优选地，所述遗传算法中的变异操作为将对应虚拟网络的物理网络的序号随机变为另一个物理网络的序号。
[0025]优选地，所述遗传算法中采用最优保留策略。
[0026]优选地，所述遗传算法采用轮盘赌算法选择用来执行交叉互换操
[0027]优选地，其特征在于，所述资源为频谱资源，所述资源数为信道数。
[0028](三）有益效果
[0029]本发明至少具有如下的有益效果：
[0030]本发明的要点是通过定价模型准确地刻画了无线虚拟化资源调度问题中物理网络与虚拟网络间的经济关系，继而将有限资源的调度问题转化成了经济中收益最大化的问题。基于“资源数-对应价格”这一“需求商品-商品价格”关系，不仅可以使用现有的经济学模型和算法解决这一资源调度问题，有利于进一步地提升总体的收益和资源的利用率，同时还有利于从物理网络与虚拟网络间的经济关系这一视角上分析资源调度问题，给这一类的问题提供一种新的思路。
[0031]当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1是本发明一个实施例中一种基于定价的无线虚拟化资源调度方法流程图；
[0034]图2是本发明一个实施例中所述无线虚拟化网络结构图；
[0035]图3是本发明一个实施例中所述的遗传算法流程图。
【具体实施方式】
[0036]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]本发明实施例提出了一种基于定价的无线虚拟化资源调度方法，参见图1，该方法包括:
[0038]步骤101:确定物理网络的个数和每个物理网络所拥有的资源数；
[0039]步骤102:确定虚拟网络的个数和每个虚拟网络所需求的资源数；
[0040]步骤103:确定每个虚拟网络为得到所需求资源数而需要支付的价格，所述价格为关于其所需求资源数的凹函数；
[0041]步骤104:设定约束条件，包括每个虚拟网络最多由一个物理网络承载，和承载在每个物理网络中的虚拟网络资源数总和不超过该物理网络所拥有的资源数；
[0042]步骤105:在所述约定条件下，通过算法计算使物理网络总收益最大的资源调度方式。
[0043]参见图2，本发明实施例所处的背景是:在无线虚拟化网络结构中，有若干个虚拟网络和若干个物理网络。虚拟网络本身不占有物理资源，其通过向物理网络申请资源而得以运行。物理网络占有物理资源，会根据虚拟无线网络的资源需求向其调度资源。若干虚拟网络并行运行于物理网络之上,共享物理网络的资源。
[0044]在本发明实施例中，所说的资源具体指频谱资源(实际上也可以是其他资源形式)，而用信道数来衡量资源的数量。从而可以具体构建此情景下资源调度问题的数学模型:
[0045]首先，在步骤101中确定物理网络的个数和每个物理网络所拥有的资源数，并将物理网络资源模型表征为
【权利要求】
1.一种基于定价的无线虚拟化资源调度方法，其特征在于，该方法包括： 确定物理网络的个数和每个物理网络所拥有的资源数； 确定虚拟网络的个数和每个虚拟网络所需求的资源数； 确定每个虚拟网络为得到所需求资源数而需要支付的价格，所述价格为关于其所需求资源数的凹函数； 设定约束条件，包括每个虚拟网络最多由一个物理网络承载，和承载在每个物理网络中的虚拟网络资源数总和不超过该物理网络所拥有的资源数； 在所述约定条件下，通过算法计算使物理网络总收益最大的资源调度方式。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述算法为遗传算法。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述遗传算法中，每个染色体的基因的个数为所述虚拟网络的个数，基因的取值为物理网络的序号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述遗传算法的适用度为所述物理网络总收益，其计算方法包括： 计算每个虚拟网络所需求的资源数与需要支付价格的比值，并按从小到大的顺序将虚拟网络排序； 按照所述排序的顺序依次为每个虚拟网络调度其对应物理网络的序号下的资源，若调度后满足所述约束条件则将该虚拟网络标记为调度成功，否则标记为调度失败； 计算所有标记为调度成功的虚拟网络的需要支付的价格之和，记为所述物理网络总收
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在计算所有标记为调度成功的虚拟网络的需要支付的价格之和，记为所述物理网络总收益步骤之前还包括： 寻找标记分别为调度成功和调度失败的两个虚拟网络，交换其对应的物理网络的序号和所述标记，使得交换后的调度方式满足所述约束条件，且所述物理网络总收益增大。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述遗传算法的初始化操作中，对应每个虚拟网络随机选择对应的物理网络序号，每个物理网络被随机选择的概率与其所拥有的资源数正相关。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述遗传算法中的变异操作为将对应虚拟网络的物理网络的序号随机变为另一个物理网络的序号。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述遗传算法中采用最优保留策略。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述遗传算法采用轮盘赌算法选择用来执行交叉互换操作的染色体。
10.根据权利要求I至9任一项中所述的方法，其特征在于，所述资源为频谱资源，所述资源数为信道数。
【文档编号】H04W72/12GK103781184SQ201410073792
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】杨懋, 李勇, 苏厉, 金德鹏, 曾烈光 申请人:清华大学