一种基于SDWN的资源映射装置和方法与流程

本发明属于移动通信
技术领域：
，涉及一种基于SDWN的资源映射装置和方法。
背景技术：
：近年来，研究者们对SDN(SoftwareDefinedNetwork)的关键技术与应用场景开展了研究，提出了针对各自不同的需求的SDN系统架构及解决方案。爱立信5G专家指出，传统蜂窝网的网络架构，具有专用的支持和IT系统，可预测流量和流量增长，非常适合单一服务型用户网络；然而，使用这种垂直架构，运营商难以扩展电信网络，也很难根据不断变化的用户需求进行调整并满足新型用例的需求。因此，在未来的5G系统中，网络将被进一步抽象为网络切片，这种连接服务是通过许多定制软件实现的功能定义的。瑞典Karlstad大学等基于SDN和OpenFlow提出了云化无线局域网CloudMAC，通过让无线接入点(AP)仅具有MAC帧转发功能，并将认证、处理MAC帧等功能上移到SDN集中控制器，可以方便地实现AP间无缝切换、跨层地灵巧躲避AP间信号干扰、不改变AP硬件仅靠软件升级就能部署新组网功能等应用。2012年以来，有学者将SDN的概念引入到无线网络中并提出适用于无线网络的SDN结构——SDWM(SoftwareDefinedWirelessNetwork)。另一方面，中国移动提出了新的无线接入网结构CRAN，将基站的基带处理单元集中到云计算池中，从而实现了绿色可演进的目标。与此同时，利用网络虚拟化技术在同一个底层物理网络之上承载多张相互独立的虚拟网络已成为设计未来网络体系结构的有效思路，得到众多学者的重视。对资源的高效利用在未来的无线网络环境中起着至关重要的作用。如何分配资源，使其产生最大利用价值，是以后无线资源映射研究的关键。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于SDWN的资源映射装置和方法，该装置和方法能够实现基于SDWN的资源映射的基本功能，实现对无线资源和计算资源的高效分配。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于SDWN的资源映射装置，该装置包括信息搜集模块、资源虚拟化模块、资源管理模块、切片网络管理模块、SDN控制模块；所述信息搜集模块用于对用户数量、位置信息和业务需求进行统计，以及对资源使用情况、网络负载信息、信道和网络拓扑结构等信息进行搜集，这些信息为网络资源的调度分配和网络虚拟化提供依据；所述资源虚拟化模块用于根据搜集的网络和用户信息选择不同的虚拟化策略对物理实体节点资源、频率资源和计算资源进行分割、重组，使其成为逻辑上的具有不同特性的虚拟资源；所述资源管理模块用于通过用户需求和网络信息，选择对应的资源映射策略，对虚拟化资源进行整合调度分配，以及对资源进行释放回收，实现资源的高效利用；所述切片网络管理模块用于负责生成切片网络，以及对切片网络进行维护和拆除；所述SDN控制模块用于负责对信息搜集模块、资源虚拟化模块、资源管理模块和切片网络管理模块进行统一管理和协调调度，实现信令控制与数据转发的分离；通过SDN控制模块集中控制其他模块，实现用户、网络信息搜集，进行网络资源虚拟化，最后形成不同业务类型的切片网路，并实现对网络资源的有效映射。进一步，所述资源管理模块对无线资源进行映射时，同时联合考虑了计算资源对无线资源的映射分配影响，所述计算资源包括内存、CUP、I\O接口。进一步，所述资源管理模块同时对无线资源与计算资源进行映射分配时，采用最大化效用方程作为目标函数：MAXx,y,μωΣI,K,Jxkiju1(ykijakij)-(1-ω)ΣI,K,Jxkiju2(μkijckij)]]>其中，u1为无线资源效用函数，u2为计算资源效用函数；ω为无线资源与计算资源的权重因子；为用户与基站的连接标识，分别表示用户分配所得的无线资源和计算资源。进一步，所述资源管理模块分配资源时考虑无线资源和计算资源的总量约束，考虑用户最低速率的要求，同时，还考虑了不同切片网络对无线资源和计算资源的不同需求。本发明还提供了一种基于SDWN的资源映射装置，在该方法中：同时对无线资源与计算资源进行映射分配时，采用最大化效用方程作为目标函数：MAXx,y,μωΣI,K,Jxkiju1(ykijakij)-(1-ω)ΣI,K,Jxkiju2(μkijckij)s.t.C1:ΣJxkij=1,∀i,kC2:ΣI,Kxkijykij≤1,∀jC3:ΣI,KxkijykijRkij≤Wj,∀jC4:ΣJxkijykijRkij≥rmin,ki,∀i,kC5:ΣI,Kxkijμkij≤1,∀jC6:ΣJ,KxkijykijBj≥Mi,∀iC7:ΣJ,KxkijμkijCj≥Ni,∀i]]>其中，u1为无线资源效用函数，u2为计算资源效用函数；ω为无线资源与计算资源的权重因子；为用户与基站的连接标识，分别表示用户分配所得的无线资源和计算资源。进一步，在对无线资源与计算资源进行映射时考虑各种限制条件：限制条件C1表示每个用户只能与一个基站相连；限制条件C2和C3分别表示与任意一基站相连接的所有用户所分配的无线资源不能超过该基站的总无线资源和回程带宽；限制条件C4表示分配给任意一用户的资源必须保证该用户的最低速率要求，否则该用户将无法进行数据传输；基站的计算资源限制可以表示为限制条件C5；为了满足不同业务所形成的不同网络切片的网络性能，各个切片网络所分配的网络资源(无线资源和计算资源)必须满足一个最低门限需求，限制条件C6表示切片网络的最低带宽限制，C7表示切片网络的计算资源限制。本发明的有益效果在于：本发明提供的装置和方法实现了基于SDWN的资源映射的基本功能，实现了对无线资源和计算资源的高效分配，在无线通信系统中有很高的应用价值。附图说明为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：图1为本发明基于SDWN的网络切片映射图；图2为本发明基于SDWN的资源映射装置示意图；图3为本发明基于SDWN的资源映射方法流程图；图4为本发明基于SDWN的资源映射管理流程图。具体实施方式下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例1：图1为本发明基于SDWN的网络切片映射图，图2为本发明基于SDWN的资源映射装置示意图，如图所示，本实施例提供了一种基于SDWN的资源映射装置，用于实现在SDWN中对无线资源和计算资源的有效分配，至少包括信息搜集模块、资源虚拟化模块、切片网络管理模块和SDN控制模块。信息搜集模块，用于对用户数量、位置信息和业务需求进行统计，以及对资源使用情况、网络负载信息、信道和网络拓扑结构等信息进行搜集，这些信息为网络资源的调度分配和网络虚拟化提供依据；资源虚拟化模块，通过选择不同的虚拟化策略对物理实体节点资源、频率资源和计算资源进行分割、重组，使其成为逻辑上的具有不同特性的虚拟资源；资源管理模块，通过资源映射策略对虚拟化资源进行整合调度分配以及对资源进行释放回收，实现资源的高效利用；切片网络管理模块，负责生成切片网络，以及对切片网络进行维护和拆除；SDN控制模块，负责对信息搜集模块、资源虚拟化模块、资源管理模块和切片网络管理模块进行统一管理和协调调度，实现控制与转发的分离；上述资源管理模块对无线资源进行分配时，同时考虑了计算资源的分配影响。在对无线资源与计算资源进行分配时，采用了最大化效用方程作为目标函数：MAXx,y,μωΣI,K,Jxkiju1(ykijakij)-(1-ω)ΣI,K,Jxkiju2(μkijckij)]]>其中，u1为无线资源效用函数，u2为计算资源效用函数。ω为无线资源与计算资源的权重因子。为用户与基站的连接标识，分别表示用户分配所得的无线资源和计算资源。可选地，上述资源映射装置中，在分配资源时考虑了无线资源和计算资源的总量约束，考虑了用户最低速率的要求，同时，还考虑了不同切片网络对无线资源和计算资源的不同需求。可选地，上述资源映射装置中，其特征在于，通过SDN控制模块集中控制调用其他模块，实现对网络资源的有效分配。实施例2：图3为本发明基于SDWN的资源映射方法流程图，本实施例提供了一种基于SDWN的资源映射方法，包括如下操作：信息搜集模块对用户需求信息和网络资源信息进行统计。其中用户信息包括，用户的位置信息、信道状态和业务类型，网络资源包括，网络无线资源和网络计算资源。再根据搜集模块的信息，建立问题模型：MAXx,y,μωΣI,K,Jxkiju1(ykijakij)-(1-ω)ΣI,K,Jxkiju2(μkijckij)]]>其中，u1为无线资源效用函数，u2为计算资源效用函数。ω为无线资源与计算资源的权重因子。为用户与基站的连接标识，分别表示用户分配所得的无线资源和计算资源。在建立优化模型后，对优化模型进行分析和求解。需要说明的是，本优化模型可以通过拉格朗日对偶法进行求解。再根据求得的最优化分配方法实现对资源的映射。最后根据具体的网络映射，形成不同的切片网络。实施例3：图4为本发明基于SDWN的资源映射管理流程图，对网络资源进行有效管理，使网络资源得到最大化利用是基于SDWN的资源映射装置的一个重要设计目标，也是无线网络技术发展一直所追求的目标。无线资源的有效分配直接影响到网络的服务质量和用户的体验质量，所以对资源的管理在整个网络中起到至关重要的作用。在虚拟化软件定义无线网络中对资源的管理流程如图3所示。首先用户会根据业务需求提出构建虚拟网络的请求，然后通过映射算法将资源数据库中的资源进行映射和调度，接着根据分配的资源和网络拓扑形成具体的虚拟化网络，也即是切片网络，最后用户接入到切片网络中进行数据的传输。当业务传输结束后，用户会申请拆除虚拟网络，同时使用的网络资源将会被释放，释放的资源会转移到网络资源库中供其他业务再次使用，所以实现了资源的重复高效利用。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。当前第1页1 2 3