CN105072620A - 基于网络虚拟化的运营商间资源共享方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络虚拟化的运营商间资源共享方法。其包括：首先给出一种基于SDN的网络虚拟化架构，基于该网络架构，设计出一种不同运营商之间基站虚拟化以实现资源共享的方法，根据计算判断基站是否满足虚拟化触发条件，若满足则进行基站虚拟化并将重负载小区中满足切换条件的UE切换到其他运营商的中等或轻负载小区的虚拟基站中。采用本发明中的资源共享方法，能够有效提高频谱资源利用率，同时可通过设定不同基站虚拟化触发条件来实现***吞吐量和虚拟化开销之间的权衡。

Description

基于网络虚拟化的运营商间资源共享方法

技术领域

本发明涉及网络虚拟化中运营商间资源共享问题，属于无线通信中的网络虚拟化技术领域。

背景技术

近年来，随着智能手机，笔记本和其他无线设备的日益普及，移动数据的需求量急剧增加。为了提高移动网络容量来满足数据需求，移动网络运营商使用了许多技术，如使用多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)***获得更高速率的宽带空中接口技术，小型蜂窝技术等。但是这些技术提高了网络的资本和运营支出，增加了网络复杂性。另外，通过获取新的无线频谱资源来提高***容量的方法也需要大量的前期投资。网络虚拟化技术通过多个运营商共享频谱资源和基础设施，在提高资源利用率和***吞吐量的同时，减少了网络的资本和运营支出，为解决该问题开创了崭新的局面。软件定义网络(SoftDefinedNetwork,SDN)，通过解耦控制平面和数据平面以及引入集中控制平面，被认为是实现网络虚拟化最有前途的技术之一。

网络虚拟化是指可以将物理资源抽象并划分为多个相互隔离的虚拟网络资源由多方共享的技术。网络虚拟化将传统的网络服务提供商分为成两个新的角色：基础设施网络提供商(InfrastructureProvider,InP)和服务提供商(ServiceProvide,SP)。SP通过向InP租赁资源来建立虚拟网络以提供各种服务。网络虚拟化显著提高了资源利用率，实现功能和设施的解耦，易于实现新服务和产品的扩展及管理，从而减少设备和管理成本。

SDN是一种新型网络架构，是一种网络控制与数据转发相分离的网络体系结构，并且网络控制功能具备可编程特性，可以通过软件程序灵活地配置网络功能。虽然SDN和网络虚拟化是不同的技术，但二者高度互补。所以，将SDN和网络虚拟化相结合对于有效应对未来网络的机遇与挑战是十分有必要的。将SDN应用到网络虚拟化中，有利于实现控制和运营策略的最优化，提高网络虚拟化的可编程性。

基站虚拟化作为网路虚拟化的一种实现方式，可以实现不同运营商之间的频谱和设施共享。利用SDN的网络架构，可以实现基站虚拟化的集中控制以及不同运营商之间的隔离和定制化服务。在基于SDN的基站虚拟化中，需要给出具体的基站虚拟化方法以及基站虚拟化后用户终端设备(UserEquipment，UE)的切换方法。并且，基站虚拟化也会有开销，需要设计一种方法实现提高***性能和减少虚拟化开销之间的权衡。

发明内容

本发明的目的是提供一种网络虚拟化中不同运营商间的资源共享方法，设计一种基站虚拟化及虚拟化后用户切换方法，依据不同运营商间基站是否满足虚拟化触发条件决定是否进行虚拟化，以及建立虚拟化基站后通过UE切换实现资源共享。采用本发明中的资源共享方法，能够有效提高频谱资源利用率，同时可通过设定不同基站虚拟化触发条件来实现***吞吐量和虚拟化开销之间的权衡。

本发明首先给出一种基于SDN的网络虚拟化架构，基于该网络架构，设计出一种不同运营商之间基站虚拟化以实现资源共享的方法，根据计算判断基站是否满足虚拟化触发条件，若满足则进行基站虚拟化并将重负载小区中满足切换条件的UE切换到其他运营商的中等或轻负载小区的虚拟基站中。

1基于SDN的网络架构

如图1所示，网络分为两个平面：控制平面和数据平面。

控制平面由三部分组成：控制器，数据库和网络虚拟化组件。不同的运营商通过自己的网络控制器控制他们的网络。控制器之间可以进行通信，以交换信息。为了简洁，图1中仅画出两个运营商A和B的控制器。数据库存储了整个网络的抽象拓扑结构，以及从数据平面收集到的关于基站和用户的信息(例如，基站的位置、发射功率、物理资源块(PhysicalResourceBlock,PRB)的使用情况，用户的信干噪比(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio，SINR)等。网络虚拟化组件包括两个模块：计算模块和决策模块。计算模块主要负责利用数据库中的数据计算满足切换条件的UE数量，然后将它们发送给决策模块。决策模块判断UE数量是否满足虚拟化的触发条件，若满足则发送信号给基站和控制器进行虚拟化。

数据平面由各种异构网络的基站组成，这些基站只负责转发和收集数据。

2小区负载定义及其分类

本发明的基站虚拟化方法是在不同运营商的小区负载不均情况下进行资源共享，首先需要给出小区负载的定义。小区负载ρ由该小区的PRB总数N_PRB和已被该小区UE占用的PRB个数N_{UE_PRBs}定义：

$\mathrm{\ρ}=\frac{N_{PRBs}}{N_{UE\_PRBs}}---\[1\]$

针对小区负载ρ的不同情况，小区分为以下三种：

A、重负载小区。若小区负载ρ满足0.9<ρ≤1，则该小区为重负载小区。

B、中等负载小区。若小区负载ρ满足0.5<ρ≤0.9，则该小区为中等负载小区。

C、轻负载小区。若小区负载ρ满足0≤ρ≤0.5，则该小区为轻负载小区。

3运营商间资源共享方法

假设以下场景中不同运营商之间负载不均衡，运营商A的大多数小区为重负载小区，而运营商B的大多数小区为中等或轻负载小区。运营商B的中等或轻负载小区中的基站可以虚拟化为两个虚拟基站，一个用于服务本小区的UE，另一个供运营商A使用。运营商A的重负载小区的UE切换到虚拟基站，即使他们切换过后的SINR值略低于原小区中的SINR值。具体的基站虚拟化过程如下：

1)若运营商A的第i个小区为重负载小区，的基站发送测量配置信息给该小区的UE。若中的第k个UEu_k也在运营商B的第j个小区的覆盖范围内，且为中等或轻负载小区，则UEu_k将测量其在本小区中的SINR值和其在运营商B小区中的SINR值

${\mathrm{SINR}}_C\left(u_k\right)=\frac{P_C{H}_x{x}^{-\mathrm{\&alpha;}}}{I_C+N_0},C=C_i^A,C_j^B---\&lsqb;2\&rsqb;$

其中P_C是小区C基站的发射功率，x是UEu_k到小区C基站的距离，H_x是小区C基站到UEu_k的信道增益，α是路损指数，N₀是噪声功率。由于运营商A,B是异频的，所以I_C表示用户收到来自运营商A或B中其他小区C'的干扰，

$I_C=\underset{C^{\&prime;}\&NotEqual;C}{\&Sigma;}{P}_{C^{\&prime;}}{H}_y{y}^{-\mathrm{\&alpha;}}---\&lsqb;3\&rsqb;$

其中，P_C'是其他小区C'的发射功率，y是UEu_k到其他小区C'基站的距离，H_y是其他小区C'基站到UEu_k的信道增益。小区的UE将测量到的两个SINR值和报告给小区的基站。

2)小区的基站将收到的SINR值发送给控制平面的数据库。小区的基站将其未被UE占用的PRB数量N_left发送给数据库。数据库存储下这些信息供控制平面的其他组件使用。同时，小区的基站发送虚拟化请求信号给网络虚拟化组件以告知自己是重负载小区需要一个虚拟基站。

3)为了防止建立虚拟化后切换过去的UE的SINR值降低太多，网络虚拟化组件的计算模块中设定一个UE切换门限SINR_thres(该门限可由运行商根据网络情况设定)，只有满足以下条件的UE才有可能在建立虚拟化基站后切换到虚拟基站：

${\mathrm{SINR}}_{C_j^B}\left(u_k\right)-{\mathrm{SINR}}_{C_i^A}\left(u_k\right)>{\mathrm{SINR}}_{thres}---\&lsqb;4\&rsqb;$

计算模块统计满足以上UE切换条件UE数量N_v，并将其发送给决策模块。

4)为了权衡虚拟化开销和***吞吐量，网络虚拟化组件的决策模块设定一个虚拟化触发门限θ(该门限可由运行商根据网络情况设定)，仅当N_v大于该门限值时，决策模块才决定触发虚拟化，即

N_v＞θ[5]

虚拟化触发后，决策模块发送信号给运营商B的基站基站虚拟化为两个虚拟基站，并将其未被UE占用的N_left个PRB分配给另一个虚拟基站以供运营商A使用。

5)决策模块发送信号给数据库和控制器来更新关于虚拟基站的信息，运营商A的控制器发送信号给其小区的基站，基站将满足UE切换条件的UE按照SINR增益由大到小依次切换至虚拟基站直至虚拟基站PRB用尽或符合切换条件的UE全部切换完。

本发明具有以下有益效果：本发明依据基于SDN的网络架构，给出了一种不同运营商之间通过基站虚拟化进行资源共享的方法。根据给出的虚拟化触发条件判定是否进行基站虚拟化，且在进行基站虚拟化后将满足切换条件的UE切换到虚拟基站。

基于本发明的网络虚拟化中运营商间资源共享策略具有如下优点：

1.在负载不均情况下，通过基站虚拟化的方式实现不同运营商之间的频谱资源共享，提高了资源利用率。

2.将满足虚拟化条件的UE切换到虚拟基站使得更多的用户可以得到服务。

3.通过设定不同的虚拟化触发条件可以在保证***吞吐量提高的同时，减少基站虚拟化的开销。

4.在实现资源共享的同时，还能够实现各运营商之间的隔离以及定制化服务。

附图说明

图1是基于SDN的网络架构示意图。

具体实施方式

本发明的实施方式如下：

1)重负载小区基站发送测量信号给其UE，UE测量并根据公式[6]计算其在本运营商小区和在其他运营商的非重负载小区内的SINR值并将SINR值报告给基站。

${\mathrm{SINR}}_{C_j^B}\left(u_k\right)-{\mathrm{SINR}}_{C_i^A}\left(u_k\right)>{\mathrm{SINR}}_{thres}---\&lsqb;6\&rsqb;$

2)重负载小区基站将UE测得的SINR值发送给控制平面的数据库，同时其他运营商的非重负载小区将未被UE占用的PRB个数N_left发送给数据库。数据库存储这些信息。同时，重负载小区发送虚拟化请求信号给控制平面的虚拟化部件。

3)网络虚拟化组件中的计算模块计算满足UE切换条件公式[7]的UE个数N_v，然后将其发送给网络虚拟化组件中的决策模块。

${\mathrm{SINR}}_{C_j^B}\left(u_k\right)-{\mathrm{SINR}}_{C_i^A}\left(u_k\right)>{\mathrm{SINR}}_{thres}---\&lsqb;7\&rsqb;$

4)网络虚拟化组件中的决策模块判断N_v是否大于虚拟化触发门限θ(公式[8])，若大于则发送信号给其他运营商的非重负载小区基站，基站虚拟化为两个虚拟基站，一个供自己使用，另一个分配N_left个PRB供重负载小区使用。

N_v＞θ[8]

5)网络虚拟化组件中的决策模块发送信号给数据库和控制器更新虚拟基站信息。重负载小区所属的运营商控制器发送信号给该重负载小区的基站，基站将满足UE切换条件的UE按照SINR增益由大到小依次切换至虚拟基站直至虚拟基站PRB用尽或符合切换条件的UE全部切换完。

Claims (2)

1.一种基于网络虚拟化的运营商间资源共享方法，其特征在于，运营商A的大多数小区为重负载小区，而运营商B的大多数小区为中等或轻负载小区；运营商B的中等或轻负载小区中的基站可以虚拟化为两个虚拟基站，一个用于服务本小区的UE，另一个供运营商A使用；运营商A的重负载小区的UE切换到虚拟基站，即使他们切换过后的SINR值略低于原小区中的SINR值。

2.根据权利要求1所述的基于网络虚拟化的运营商间资源共享方法，其特征在于，具体的基站虚拟化过程如下：

1)若运营商A的第i个小区为重负载小区，的基站发送测量配置信息给该小区的UE。若中的第k个UEu_k也在运营商B的第j个小区的覆盖范围内，且为中等或轻负载小区，则UEu_k将测量其在本小区中的SINR值和其在运营商B小区中的SINR值

${\mathrm{SINR}}_C\left(u_k\right)=\frac{P_C{H}_x{x}^{-\mathrm{\&alpha;}}}{I_C+N_0},C=C_i^A,C_j^B---\&lsqb;2\&rsqb;$

其中P_C是小区C基站的发射功率，x是UEu_k到小区C基站的距离，H_x是小区C基站到UEu_k的信道增益，α是路损指数，N₀是噪声功率。由于运营商A,B是异频的，所以I_C表示用户收到来自运营商A或B中其他小区C'的干扰，

$I_C=\underset{C^{\&prime;}\&NotEqual;C}{\&Sigma;}{P}_{C^{\&prime;}}{H}_y{y}^{-\mathrm{\&alpha;}}---\&lsqb;3\&rsqb;$

其中，P_C'是其他小区C'的发射功率，y是UEu_k到其他小区C'基站的距离，H_y是其他小区C'基站到UEu_k的信道增益。小区的UE将测量到的两个SINR值和报告给小区的基站；

2)小区的基站将收到的SINR值发送给控制平面的数据库；小区的基站将其未被UE占用的PRB数量N_left发送给数据库。数据库存储下这些信息供控制平面的其他组件使用；同时，小区的基站发送虚拟化请求信号给网络虚拟化组件以告知自己是重负载小区需要一个虚拟基站；

3)为了防止建立虚拟化后切换过去的UE的SINR值降低太多，网络虚拟化组件的计算模块中设定一个UE切换门限SINR_thres，该门限可由运行商根据网络情况设定，只有满足以下条件的UE才有可能在建立虚拟化基站后切换到虚拟基站：

${\mathrm{SINR}}_{C_j^B}\left(u_k\right)-{\mathrm{SINR}}_{C_i^A}\left(u_k\right)>{\mathrm{SINR}}_{thres}---\&lsqb;4\&rsqb;$

计算模块统计满足以上UE切换条件UE数量N_v，并将其发送给决策模块；

4)为了权衡虚拟化开销和***吞吐量，网络虚拟化组件的决策模块设定一个虚拟化触发门限θ，该门限可由运行商根据网络情况设定，仅当N_v大于该门限值时，决策模块才决定触发虚拟化，即

N_v＞θ[5]

虚拟化触发后，决策模块发送信号给运营商B的基站基站虚拟化为两个虚拟基站，并将其未被UE占用的N_left个PRB分配给另一个虚拟基站以供运营商A使用；

5)决策模块发送信号给数据库和控制器来更新关于虚拟基站的信息，运营商A的控制器发送信号给其小区的基站，基站将满足UE切换条件的UE按照SINR增益由大到小依次切换至虚拟基站直至虚拟基站PRB用尽或符合切换条件的UE全部切换完。