本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于虛擬子網(wǎng)的資源分配和業(yè)務(wù)接入控制算法，可用于在單小區(qū)lte-a系統(tǒng)中，對多用戶多業(yè)務(wù)需求進(jìn)行接入控制

背景技術(shù)：

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的固有不變形和用戶激增的業(yè)務(wù)需求多變性之間矛盾的急劇增加，簡單的傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足用戶未來多樣化的需求，通過無線網(wǎng)絡(luò)的虛擬化技術(shù)，物理基礎(chǔ)設(shè)施和無線電頻譜資源被抽象、隔離和共享，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)施能夠脫離其提供的服務(wù)，在同一物理設(shè)施上提供不同的服務(wù)，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)部署和操作的整體花費可以顯著降低，同時，虛擬網(wǎng)絡(luò)不受其他網(wǎng)絡(luò)的干擾獨立運(yùn)行，保證新型技術(shù)更容易虛擬網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)，正是無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化的潛在優(yōu)勢使得越來越多的人研究這項技術(shù)。

datsikae,antonopoulosa,zorban,etal主要研究了lte-a網(wǎng)絡(luò)中虛擬資源分配問題，提出了關(guān)于虛擬資源分配的匹配理論和一個分布式算法求解資源分配模型獲得每個移動虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的請求的可用資源，對vmno來說，其在保證最小的下行數(shù)量速率請求的基礎(chǔ)上向pmno請求最多的虛擬資源片個數(shù)，通過提出了一種分布式的資源分配算法求解上述模型，vmno創(chuàng)建了一個虛擬資源片的降序性能列表，vmno傳入請求需要資源并從性能列表的頂部開始尋找匹配虛擬資源片，根據(jù)虛擬資源片的反應(yīng)采取不同的措施進(jìn)行處理，經(jīng)過有限步的操作后，分配變量可用收斂到一個穩(wěn)定值，該方法僅僅滿足了數(shù)據(jù)傳輸速率需求，沒有提出更有效的方式來滿足用戶業(yè)務(wù)的時延qos特性，不適應(yīng)于與實際的無線通信環(huán)境。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：在已有的關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的研究中，傳統(tǒng)的研究業(yè)務(wù)時延的方法是首先估計信道模型的參數(shù)，如服務(wù)速率和服務(wù)時間的均值與方差，然后從構(gòu)建的排隊模型中提取qos特性，由于無線信道的時變特性和衰落特性，信道在一個調(diào)度時隙內(nèi)處于不斷變化的狀態(tài)，計算服務(wù)速率和服務(wù)時間的均值與方差時的計算復(fù)雜度較高，利用排隊論來提取時延qos特性過程很明顯不易實現(xiàn)，而且在估計過程中容易導(dǎo)致得到的數(shù)據(jù)不夠精確，已有的研究沒有給出一種高效便捷的方式來滿足用戶的時延qos性能，無法在虛擬網(wǎng)中向用戶提供更多類型和更高質(zhì)量的服務(wù)，另外已有的研究默認(rèn)信道資源充足，能夠全部接入用戶的業(yè)務(wù)請求，這與實際的無線通信場景不相符合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種聯(lián)合等效帶寬和等效容量的無線虛擬網(wǎng)資源分配方法，利用等效帶寬和等效容量保證業(yè)務(wù)服務(wù)的時延qos特性，虛擬網(wǎng)絡(luò)向用戶提供不同最大時延約束下的定制服務(wù)，最終實現(xiàn)業(yè)務(wù)的接入控制。

本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的具體思路是，mac層初始化用戶業(yè)務(wù)流策略集合，獲得等效容量信息，然后統(tǒng)計各用戶帶有qos特性的等效帶寬請求，通過等效帶寬請求構(gòu)建物理層資源分配模型，利用分支定界法求解子信道的分配矩陣，然后計算等效容量信息，通過等效容量構(gòu)建mac層業(yè)務(wù)接入模型，利用梯度迭代求解算法最大化mac層效用函數(shù)，得到虛擬網(wǎng)服務(wù)用戶業(yè)務(wù)流鏈路分割變量和業(yè)務(wù)接入變量，此時系統(tǒng)收益最大。其實現(xiàn)方案包括如下：

1)給定k個用戶在第s個虛擬網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流的qos特性其中，代表mac層k個用戶在第s個虛擬網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流的到達(dá)率，表示第s個虛擬網(wǎng)能容忍的最大時延，表示時延中斷概率。

2)令初始迭代次數(shù)i＝0，將mac層各虛擬網(wǎng)中用戶業(yè)務(wù)流的策略集合內(nèi)所有元素初始化為1，其中為一個二值變量，表示第k個用戶在第s個虛擬網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流的接入情況，fs,k表示第k個用戶在第s個虛擬網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流，k是1到k之間的正整數(shù)，k為用戶個數(shù)，s是1到s之間的正整數(shù)，s為虛擬網(wǎng)個數(shù)。

3)獲取等效容量信息

3a)根據(jù)用戶業(yè)務(wù)流的接入策略計算初始排隊服務(wù)過程中第k條鏈路上的業(yè)務(wù)需求，其中代表mac層k個用戶在第s個虛擬網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流的到達(dá)率，同時獲得初始時刻第k個用戶的業(yè)務(wù)服務(wù)速率其中rn,k表示第k個用戶分配到第n個資源塊時的信道容量，其中n是1到n之間的正整數(shù)，n為資源塊的個數(shù)；

3b)通過第k個用戶的業(yè)務(wù)服務(wù)速率和業(yè)務(wù)需求計算初始時刻滿足中端時延概率約束的qos指數(shù)通過和計算等效容量令i的值增加1；；

4)物理層建立資源分配模型：

4a)計算當(dāng)前mac層向物理層提出帶有qos特性的等效帶寬請求

4b)物理層根據(jù)帶有qos特性的等效帶寬請求建立目標(biāo)函數(shù)：

其中，表示物理層第k個鏈路的目標(biāo)函數(shù)，上標(biāo)phy代表物理層，表示信道分配變量。

該目標(biāo)函數(shù)共有三條約束：

第一條約束，是要求每條信道只分配給一條物理鏈路使用；

第二條約束，是要求每條物理鏈路上分配到一種分配模式用于傳遞信息；

第三條約束，是要求信道分配變量為0-1的二值變量；

4b)物理層通過分支定界法最大化(4a)的目標(biāo)函數(shù)，得到信道分配矩陣；

5)獲取等效容量信息

5a)根據(jù)iw,k計算各個鏈路分配到的資源重新計算滿足中端時延概率約束的qos指數(shù)

5b)根據(jù)qos指數(shù)和鏈路分割變量計算等效容量

6)mac層建立業(yè)務(wù)接入模型。

6a)mac層根據(jù)等效容量構(gòu)建第s個虛擬網(wǎng)的效用函數(shù)：

其中代表mac層第s個虛擬網(wǎng)的效用函數(shù)，β表示需求對服務(wù)價格的影響參數(shù)。

該效用函數(shù)共有四條約束：

第一條約束，是要求每一分配比重在[0,1]內(nèi)取值；

第二條約束，是要求同一鏈路所有虛擬網(wǎng)的分配比重之和小于1；

第三條約束，是第s個虛擬網(wǎng)在第k條鏈路上租借到的信道容量對應(yīng)的等效容量要大于其業(yè)務(wù)請求量對應(yīng)的業(yè)務(wù)量；

第四條約束，是要求業(yè)務(wù)接入控制變量的取值范圍在0到1之間；

6b)mac層利用梯度迭代求解算法最大化mac層效用函數(shù)，得到業(yè)務(wù)接入變量矩陣y⁽ⁱ⁾；

7)判斷業(yè)務(wù)接入變量y⁽ⁿ⁾是否等于y^(n-1)，如果等于，則找到了最優(yōu)的業(yè)務(wù)接入矩陣，否則，令i的值增加1，返回步驟4)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

第一，由于本發(fā)明聯(lián)合了等效帶寬和等效容量研究業(yè)務(wù)時延qos特性，在物理層通過等效帶寬請求構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)完成物理資源的分配，在mac層通過等效容量與業(yè)務(wù)到達(dá)率的關(guān)系構(gòu)建業(yè)務(wù)接入模型，完成了業(yè)務(wù)的接入控制。

第二，由于本發(fā)明構(gòu)建了三個虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個虛擬網(wǎng)絡(luò)提出了不同的最大時延約束，因此在同一物理網(wǎng)絡(luò)上向不同種類的業(yè)務(wù)類型提供定制服務(wù)，降低網(wǎng)絡(luò)部署和操作的花費。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖。

圖2是本發(fā)明進(jìn)行資源分配后用戶業(yè)務(wù)流在各個虛擬網(wǎng)中接入率的仿真圖。

圖3是本發(fā)明進(jìn)行資源分配后用戶業(yè)務(wù)流在各個虛擬網(wǎng)效用函數(shù)值的仿真圖。

圖4是本發(fā)明中業(yè)務(wù)接入率的動態(tài)迭代圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參照圖1，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下：

步驟1，給定虛擬網(wǎng)內(nèi)各個業(yè)務(wù)流的qos特性。

給定k個用戶在第s個虛擬網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流的qos特性其中，代表mac層k個用戶在第s個虛擬網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流的到達(dá)率，表示第s個虛擬網(wǎng)能容忍的最大時延，表示時延中斷概率。

步驟2，mac層各虛擬子網(wǎng)初始化策略集合。

將mac層各虛擬網(wǎng)中用戶業(yè)務(wù)流的策略集合內(nèi)所有元素初始化為1，其中為一個二值變量，表示第k個用戶在第s個虛擬網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流的接入情況，fs,k表示第k個用戶在第s個虛擬網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流，k是1到k之間的正整數(shù)，k為用戶個數(shù)，s是1到s之間的正整數(shù)，s為虛擬網(wǎng)個數(shù)。

步驟3，獲取等效容量信息

3a)根據(jù)用戶業(yè)務(wù)流的接入策略計算初始排隊服務(wù)過程中第k條鏈路上的業(yè)務(wù)需求其中代表mac層k個用戶在第s個虛擬網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)流的到達(dá)率，同時獲得初始時刻第k個用戶的業(yè)務(wù)服務(wù)速率其中e[rn,k]表示第k個用戶分配到第n個資源塊時的信道容量，其中n是1到n之間的正整數(shù)，n為資源塊的個數(shù)；

3b)通過第k個用戶的業(yè)務(wù)服務(wù)速率和業(yè)務(wù)需求計算初始時刻滿足中端時延概率約束的qos指數(shù)通過和計算等效容量其計算公式分別如下：

上述計算過程是在假定業(yè)務(wù)到達(dá)率服務(wù)泊松過程的條件下進(jìn)行計算的，令i的值增加1。

步驟4：物理層建立資源分配模型：

4a)計算當(dāng)前mac層向物理層提出帶有qos特性的等效帶寬請求

4b)物理層根據(jù)帶有qos特性的等效帶寬請求建立目標(biāo)函數(shù)：

其中，表示物理層第k個鏈路的目標(biāo)函數(shù)，上標(biāo)phy代表物理層，e[rw,k]表示一個調(diào)度時隙內(nèi)的容量均值，iw,k表示信道分配變量。

該目標(biāo)函數(shù)共有三條約束：

第一條約束，是要求每條信道只分配給一條物理鏈路使用；

第二條約束，是要求每條物理鏈路上分配到一種分配模式用于傳遞信息；

第三條約束，是要求信道分配變量為0-1的二值變量；

4b)物理層通過分支定界法最大化(4a)的目標(biāo)函數(shù)，得到信道分配矩陣；

步驟5，獲取等效容量信息

5a)根據(jù)iw,k計算各個鏈路分配到的資源重新計算滿足中端時延概率約束的qos指數(shù)

5b)根據(jù)qos指數(shù)和鏈路分割變量計算等效容量

步驟6，mac層建立業(yè)務(wù)接入模型。

6a)mac層根據(jù)等效容量構(gòu)建第s個虛擬網(wǎng)的效用函數(shù)：

其中代表mac層第s個虛擬網(wǎng)的效用函數(shù)，β表示需求對服務(wù)價格的影響參數(shù)。

該效用函數(shù)共有四條約束：

第一條約束，是要求每一分配比重在[0,1]內(nèi)取值；

第二條約束，是要求同一鏈路所有虛擬網(wǎng)的分配比重之和小于1；

第三條約束，是第s個虛擬網(wǎng)在第k條鏈路上租借到的信道容量對應(yīng)的等效容量要大于其業(yè)務(wù)請求量對應(yīng)的業(yè)務(wù)量；

第四條約束，是要求業(yè)務(wù)接入控制變量的取值范圍在0到1之間；

6b)mac層利用梯度迭代求解算法最大化mac層效用函數(shù)，得到業(yè)務(wù)接入變量矩陣y⁽ⁱ⁾；

7)判斷業(yè)務(wù)接入變量y⁽ⁿ⁾是否等于y^(n-1)，如果等于，則找到了最優(yōu)的業(yè)務(wù)接入矩陣，否則，令i的值增加1，返回步驟4)。

本發(fā)明的效果可通過以下仿真進(jìn)一步的說明。

1.仿真條件：

本發(fā)明的仿真在單個小區(qū)的lte-a上行鏈路中進(jìn)行，設(shè)資源塊個數(shù)為6，移動用戶數(shù)為3，虛擬網(wǎng)的個數(shù)為3，mac層每個業(yè)務(wù)包的大小是1kbit，用戶在每個虛擬網(wǎng)內(nèi)均只有1個業(yè)務(wù)流請求。

2.仿真內(nèi)容與結(jié)果分析：

仿真1，按照上述仿真條件，對本發(fā)明進(jìn)行資源分配后用戶業(yè)務(wù)流在各個虛擬網(wǎng)中接入率進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖2。

從圖2可以看出，虛擬網(wǎng)vn1的業(yè)務(wù)接入率最大，虛擬網(wǎng)vn2次之，虛擬網(wǎng)vn3最小，這是由于設(shè)定的虛擬網(wǎng)vn1的最大時延的數(shù)值最大，即其服務(wù)業(yè)務(wù)流時的服務(wù)質(zhì)量最差，因此，其能夠接入更多的業(yè)務(wù)。

仿真2，按照上述仿真條件，對本發(fā)明進(jìn)行資源分配后用戶業(yè)務(wù)流在各個虛擬網(wǎng)效用函數(shù)值進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖3

從圖3可以看出，其與用戶的業(yè)務(wù)流接入率的對比圖一致，這是因為mac層目標(biāo)函數(shù)與業(yè)務(wù)流的接入率是成正方向關(guān)系的，虛擬網(wǎng)vn1的效用函數(shù)值最大，虛擬網(wǎng)vn2次之，虛擬網(wǎng)vn3最小，這是由于設(shè)定的虛擬網(wǎng)vn1的最大時延的數(shù)值最大，即其服務(wù)業(yè)務(wù)流時的服務(wù)質(zhì)量最差，因此效用函數(shù)值最大。

仿真3，按照上述仿真條件，對本發(fā)明本發(fā)明中業(yè)務(wù)接入率的動態(tài)迭代過程進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4

從圖4可以看出，三個虛擬網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)接入率從各自初始點開始迭代，雖然收斂速度不同，以不同的浮動速度進(jìn)行迭代，經(jīng)過有限次數(shù)迭代后，都達(dá)到穩(wěn)定值，最終系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。