5G切片化网络的切换管理算法及其在通信传输中的应用.pdf
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1、2023 年第 11 期150信息技术与信息化电子与通信技术5 G切片化网络的切换管理算法及其在通信传输中的应用邓惠丹 1DENG Huidan 摘要 新一代 5G 无线通信网络(the fi fth generation,5G)是利用软件定义网络(software defi ned network,SDN)、网络功能虚拟化(network funcion virtualization,NFV)等技术构建而成的虚拟切片网络。但在虚拟网络切片划分的过程中,由于用户接入网络具有跨区移动性特征,使得数据传输的切片接入服务存在着切片应用的分配和调度问题。为解决 5G 切片化网络的用户跨区移动带来的切片
2、重新接入、切片流量分配问题,提出了基于切换管理算法的用户切换机制。根据用户业务类型、服务质量等级(quality of service,QoS),利用切换管理算法选择接入站点的网络切片,提供网络切片代理的接入服务,保证跨区移动用户的网络吞吐量、数据传输速率。仿真实验结果得出,在跨区用户数量、网络切片类型不断增多的情况下,基于切换管理算法的站点筛选、网络切片接入服务能够有效保证数据通信传输的高吞吐量,切片快速切换成功率在 80%以上,有着更加优良的切换控制水平。关键词 5G 切片化网络;切换管理算法;通信传输;应用 doi:10.3969/j.issn.1672-9528.2023.11.034
3、1.海南职业技术学院 海南海口 5702160 引言5G 切片化网络虽然作为独立的虚拟网络,会针对用户不同的服务质量(quality of service,QoS)要求,为其提供不同网络切片的分配、接入服务,但无法解决用户跨区移动情况下,物理基站内部网络切片的重新接入与切换问题。因而设置基于切换管理算法的用户切换机制,协调跨区用户的网络切片部署、切片重新接入,将大大提升数据通信传输的吞吐量、传输效率与切片资源利用率。1 5G 切片化网络的系统部署模型1.1 5G 切片化网络的组成架构5G 无线通信网络主要针对用户的不同类型业务,将网络中的数据处理、计算、转发与存储功能,作为灵活配置的资源进行自
4、定义服务,划分 5G 网络为多个独立的切片,为不同类型服务动态分配相应的网络切片,具有高吞吐量、高安全性、低时延的优势1。在不同网络切片中根据实际的数据传输需求,利用核心云数据中心的多个虚拟功能模块,完成数据资源的处理、计算与转发工作。例如针对移动宽带、车联网类型业务的低时延数据传输需求,在核心云数据中心进行类型数据处理,并将数据计算结果返回给用户,大大降低数据传输时延。5G 切片化网络的组成结构如图 1 所示。图 1 5G 切片化网络的组成结构有关移动通话业务的数据处理与传输,则要求核心云数据中心对访问用户的身份,作出验证与鉴权,再由每个切片根据用户不同的业务需求,提供相应的数据资源处理、传
5、输与存储服务。但由于不同厂家的硬件资源存在专利、技术竞争壁垒,无法形成自由互联、可通过网络功能虚拟化(NFV)技术的应用,无法实现自由开放、灵活高效的 5G 切片网络组网。为解决此问题,本文将不同业务功能封装,设置出网络功能虚拟化组件(NFV infrastructure,NFVI)、虚拟化网络功能模块(virtual network functions,VNFs)、NFV 管理与编排模块(NFV management and orchestration,MANO),并运行于虚拟机(virtual,achines,VMs)之中,建立起软件 2023 年第 11 期151信息技术与信息化电子与通
6、信技术执行服务数据处理、硬件底层数据传输的网络。1.2 基于用户切换需求的网络切片系统部署模型不同场景中的5G通用异构网络,通常包括宏基站(macro base station,MBS)、微基站(pico base station,PBS)和毫微基站(femto base station,FBS)等基础物理硬件,将其作为 5G 切片网络的接入点(access point,AP),为用户提供不同类型业务的切片分配服务,具有相同 QoS 服务质量要求的业务,会被分配到同一 5G 网络切片之中2。由于 5G 网络中存在着多种多样的业务类型,基站接入点 AP 承载了大量不同的 QoS 业务类型切片,且
7、不同类别网络切片的带宽、接纳最大用户数存在差异。当用户处于某一基站接入点 AP 的范围内时,接入点会根据用户请求的业务类型,分配相应的切片类型为其提供服务,具体的网络切片系统部署模型如图2 所示。图 2 5G 网络切片系统部署模型假定根据不同用户的业务类型需求,整个 5G 通信网络中存在着 n 个等级的切片网络类型,不同类型的网络切片用Sn表示且 n 1,2,N,那么用户可根据 Sn的网络切片类型,搜索网络切片接口、Slice ID映射表进行相应的切片接入。同时按照 S1S2S3S40 then;根据式(1)计算用户数据传输速率 cjk(m);end if end for 求取数据传输速率最大
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