一种无线虚拟化中基于吞吐量最大化的资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动与无线网络技术领域，具体设及无线虚拟化中基于吞吐量最大化 的资源分配方法。
【背景技术】
[0002] 《国际电子与电气工程师协会无线通信》（"Wireless virtualization for next generation mobile cellular networks ."Wireless Communications , IEEE,Vol.22, pp.61-69,2015)指出，无线虚拟化可W解禪物理无线网络和网络服务提供，实现多个服务 提供商定制的虚拟无线网络共存于同一物理无线网络之上，并共享底层物理网络资源，从 而提高无线网络的灵活性和可扩展性，是构建未来无线网络的关键技术之一。在无线虚拟 化中，物理网络提供商可W将其所拥有的物理无线网络资源进行抽象和切割，并分配给多 个虚拟无线网络使用；虚拟无线网络使用获得的网络资源为其服务的用户提供网络服务。 由于无线信道的时变和广播特性，《国际电子与电气工程师协会通信调研和综述》（" Wireless network virtualization: A survey , some research issues and challenges ."Communications Surveys&Tutorials, IEEE,Vol.17,pp.358-380,2015)指 出，如何高效地为多个虚拟无线网络分配网络资源是无线虚拟化所面临的重要挑战之一。
[0003] 《移动网络与管理》（"A novel LTE wireless virtualization framework." Mobile 化tworks and Management.vol.68,卵.245-257,2011)中提出了一种长期演进移 动网络系统中的无线虚拟化框架，该框架中的管理程序化ypervisor)实体负责无线信道信 息的获取和相应的资源分配决策。《移动网络及应用》（"L T E m O b i 1 e n e t W O r k virtualization. "Mobile Networks and Applications ,vol. 16 ,pp.424-432,2011)中提 出的一种静态资源配置方法，在无线虚拟网络建立时按其资源需求静态地配置相应的网络 资源，并保证虚拟无线网络的资源配置不随时间变化。《国际电子与电气工程师协会车载技 术会议》（"LTE Wireless Network Virtual ization: Dynamic Slicin 邑 via Flexible Scheduling. "Vehicular Technology Conference(VTC 化11) ,IE邸，2014)中提出的一种 动态资源分配方法，能够在保证每个虚拟无线网络获得的最小的时频资源块数目前提下， 根据无线信道信息为每个虚拟无线网络动态地分配时频块资源。但已有的方法主要是基于 无线信道状态信息，而忽略了虚拟无线网络中用户业务流量的波动性，运可能导致已有方 法在资源分配过程中存在资源供需不匹配问题，从而造成网络资源的浪费，降低网络资源 的利用率。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提出一种无线虚拟化中基于吞吐量最大化的资源分配，W减小资 源分配过程中供需不匹配所造成的资源浪费，提高虚拟无线网络的总平均吞吐量性能和虚 拟无线网络用户的平均队列时延性能。
[0005] 本发明无线虚拟化中基于吞吐量最大化的资源分配方法，包括，在时间轴上的连 续等长时隙集合了中的每个时隙t，fe 了，物理网络提供商将其所拥有的网络资源W正交频 分多址接入子载波和发射功率的形式分配给虚拟无线网络使用;每个虚拟无线网络使用获 得的子载波资源和发射功率资源为其所服务的用户提供服务；
[0006] 其特征在于：
[0007] 物理网络提供商为虚拟无线网络提供最小平均资源量保证;根据虚拟无线网络用 户的流量信息、无线信道状态信息W及历史资源分配信息，动态的调整虚拟无线网络在每 个时隙中所获得的网络资源量;每个时隙t，f E T，中的具体操作步骤如下：
[000引第一步:收集该时隙中每个虚拟无线网络的用户流量队列信息、无线信道状态信 息W及虚拟无线网络的历史资源分配信息；
[0009] 所述虚拟无线网络的用户流量队列信息续=?{谷r Iw AT}，Af表示运行 在物理无线网络之上的虚拟无线网络集合，-^表示虚拟无线网络n，nEjV'，所服务的用户 集合，滋''表示虚拟无线网络n所服务用户m，w E M,，的流量队列长度;所述虚拟无线网络的 用户的信道状态信息护，X表示物理无线网络可用子载波资 源集合，載je表示虚拟无线网络n所服务的用户m在子载波k，/t- E /C，上的信道功率增益;所述 虚拟无线网络的历史资源分配信息包括历史子载波分配信息={巧E AT}和历史发射 功率分配信息方'=?(乂 ，其中巧和马分别表示虚拟无线网络n，《E A/;在时隙t时的 历史子载波分配信息和历史发射功率分配信息；
[0010] 第二步:根据虚拟无线网络用户的流量队列信息Q'，使用准入控制公式
[0011] :请'' =j 谷" < 邱户，V斯己礼Vw e JV* (1)
[0, otherwise
[0012] 对每个虚拟无线网络所服务的用户在时隙t内到达的流量进行准入控制；其中， 斯'和皆''分别表示虚拟无线网络n，ra e 中用户m，W E 在时隙t内到达的流量大小和 准入控制后的流量大小，虚拟无线网络权重W n>0，《 e A/"，设计参数V>0;
[001引第；步:根据虚拟无线网络用户的流量队列信息浮、无线信道状态信息护W及虚 拟无线网络的历史资源分配信息公和t沪，计算每个虚拟无线网络在该时隙内获得的子载 波集合和发射功率大小如下：
[0014] 先初始化辅助变量ii = 0;
[0015] 然后使用功率分配公式
(2)
[0017]计算虚拟无线网络用户在每个子载波上的获得的发射功率端；其中，iC隶示虚 拟无线网络n，new；的用户m，.we.H，在子载波k，&€/C，上所获得的发射功率大小，T表示 每个时隙的时间长度，O表示每个子载波上的噪声功率值;Pt表示物理无线网络的最大可用 发射功率，符号['];=.。谨(a，min (.，/，)）；
[0018]使用子载波分配指示度量计算公式
[0020] 计算子载波分配指示度量巧;其中，巧表示虚拟无线网络n，n G AT,所服务的 用户在子载波k，A€C，Jl的子载波分配指示度量，I巧表示物理无线网络可用子 载波资源集合C中的元素数目；
[0021] 使用子载波分配公式
(斗)
[0023] 计算每个子载波K，的分配结果媒其中，=1表示子载波k，A EK；被分 配给虚拟无线网络n，n E A/"，所服务的用户m，m e At，，否则，X，'苗=0 ;
[0024] 保存当前的辅助变量值为;;，并根据迭代更新公式
巧
[0026] 更新辅助变量，其中辅助变量更新步长S > 0;
[0027] 重复上面的使用功率分配公式计算、子载波分配指示度量计算、子载波分配公式 计算、W及根据迭代更新公式更新辅助变量的操作过程，直至满足迭代终止条件公式
[002引 片-林<￡ 從)
[0029] 其中终止口限e>〇;并利用功率分配公式、子载波分配指示度量计算公式W及子 载波分配公式计算得到最终的功率分配结果试,'：：和子载波分配结果;
[0030] 第四步:使用历史资源分配信息更新公式
(7)
[0032] 更新并保存保存虚拟网络的历史资源分配信息；其中，虚拟无线网络平均资源比 例保证因子日。，0<口。< 1，满足玄强" < 1;
[0033] 第五步:虚拟无线网络使用获得的子载波和发射功率资源为其服务的用户发送数 据，使用速率计算公式
巧）
[0035] 计算每个用户发送数据的速率iC'i;
[0036] 第六步:结合第二步中的流量准入控制结果，根据用户流量队列更新公式
[0037] 然"I =max似+ E.H，州巨 A/' (9)
[0038] 更新用户的流量队列长度。
[0039] 本发明无线虚拟化中基于吞吐量最大化的资源分配方法由于在每个时隙的资源 分配过程中联合使用了虚拟无线网络的用户流量信息、信道状态信息W及虚拟无线网络