本發(fā)明屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于內(nèi)部拍賣機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)切片虛擬資源分配方法。

背景技術(shù)：

5g時(shí)代，將有各種多樣的應(yīng)用場(chǎng)景，有著不同的網(wǎng)絡(luò)需求，以nfv、sdn、son技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)切片也是5g網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)切片是在物理基礎(chǔ)設(shè)施上針對(duì)不同的業(yè)務(wù)需求的虛擬網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)切片之間是完全隔離的，并且具有靈活性，可以動(dòng)態(tài)滿足各自業(yè)務(wù)及用戶的需求。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)下的資源分配算法由于架構(gòu)中控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的緊耦合性，不能靈活的應(yīng)用于擁有網(wǎng)絡(luò)切片的5g網(wǎng)絡(luò)中，如何滿足各類業(yè)務(wù)用戶的qos需求并提高資源利用率是亟待解決的問(wèn)題。

在博弈論中，拍賣已經(jīng)被廣為研究。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線頻譜的拍賣是一個(gè)很重要的應(yīng)用，拍賣參與者對(duì)自己所需資源進(jìn)行投標(biāo)，資源持有者或拍賣商根據(jù)這些標(biāo)決定分配的資源并對(duì)其定價(jià)。但為了滿足用戶qos的需求，虛擬資源往往以需求上限提交請(qǐng)求，從而導(dǎo)致資源供給過(guò)度，造成資源浪費(fèi)。對(duì)不同的切片來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)根據(jù)用戶請(qǐng)求定制新的切片并及時(shí)分配資源也會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)。

基礎(chǔ)設(shè)施提供商(infrastructureprovider,inp)在邏輯上與服務(wù)提供商的分離，可視為inp為移動(dòng)虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商(mobilevirtualnetworkoperator,mvno)提供基礎(chǔ)設(shè)施或是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源。目前，虛擬資源分配通常由inp根據(jù)mvno中用戶的需求決定最終資源分配方案，研究人員提出了動(dòng)態(tài)的資源優(yōu)化、隨機(jī)博弈策略等分配方案，可以達(dá)到較高的資源利用率。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中存在如下缺點(diǎn)：

由于資源由設(shè)備提供商最終決定分配份額，mvno無(wú)法參與決策，面對(duì)5g網(wǎng)絡(luò)切片的資源分配不能滿足其靈活的業(yè)務(wù)需求。另外，現(xiàn)有的大多數(shù)虛擬資源分配并未考慮5g場(chǎng)景之間較大的需求差異，如何做到網(wǎng)絡(luò)切片在靈活滿足業(yè)務(wù)需求的同時(shí)還必須相互獨(dú)立是5g虛擬資源分配的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于內(nèi)部拍賣機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)切片虛擬資源分配方法，能夠在有效的提高資源利用率，減小時(shí)延，滿足切片用戶qos需求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于內(nèi)部拍賣機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)切片虛擬資源分配方法，該方法包括以下步驟：

s1：抽象化資源；

s2：采集各個(gè)切片的切片狀態(tài)，向mvno匯總；其中，所述切片狀態(tài)包括用戶狀態(tài)、剩余資源狀態(tài)和切片異常信息，所述用戶狀態(tài)包括切片強(qiáng)度γ和切片業(yè)務(wù)阻塞率p，所述切片異常信息是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，用0或1代表；

s3：綜合考慮各個(gè)切片的情況決定資源需求量和資源回收量；

s4：判斷資源需求量是否超過(guò)總資源量，若不超過(guò)總資源量則利用內(nèi)部拍賣法按優(yōu)先級(jí)根據(jù)需求分配資源；若超過(guò)總資源量除優(yōu)先級(jí)外需引入時(shí)延權(quán)重因子，根據(jù)優(yōu)先級(jí)與時(shí)延權(quán)重因子將有資源需求的切片排序形成數(shù)組，簡(jiǎn)化模型進(jìn)行子信道分配，此時(shí)假設(shè)cpu與子信道按比例分配，對(duì)已分配信道的切片按需求進(jìn)行cpu調(diào)整分配；所述優(yōu)先級(jí)是對(duì)當(dāng)前用戶狀態(tài)及業(yè)務(wù)需求的綜合評(píng)估；

s5：分配完成后檢查此時(shí)的切片是否滿足用戶需求，若滿足則更新切片狀態(tài)，否則繼續(xù)重復(fù)步驟s2-s5進(jìn)行分配。

進(jìn)一步，所述s1包括以下步驟：

s101：初始化；所述初始化為mvno根據(jù)切片的業(yè)務(wù)需求，制定各類業(yè)務(wù)的切片，并為其分配一定資源以滿足基本需求；

s102：內(nèi)部拍賣；所述內(nèi)部拍賣為用戶根據(jù)業(yè)務(wù)類型分別接入各個(gè)切片，切片根據(jù)用戶狀態(tài)向mvno進(jìn)行反饋，結(jié)合切片的優(yōu)先級(jí)確定報(bào)價(jià)，綜合所有切片的報(bào)價(jià)進(jìn)行拍賣，并制定投標(biāo)信息，mvno根據(jù)決策為用戶分配資源并及時(shí)對(duì)空隙資源進(jìn)行整合，決定中標(biāo)切片的資源分配結(jié)果；

s103：提交方案；所述提交方案為inp根據(jù)請(qǐng)求與mvno建立購(gòu)買、租借策略；

s104：資源映射；所述資源映射為mvno根據(jù)分配策略向inp租借物理資源或inp對(duì)空閑物理資源進(jìn)行回收。

進(jìn)一步，所述中標(biāo)切片的資源分配結(jié)果由mvno按比例統(tǒng)一單位資源的參數(shù)和定價(jià)，形成的投標(biāo)報(bào)價(jià)分為切片需求資源報(bào)價(jià)和切片回收資源報(bào)價(jià)，系統(tǒng)默認(rèn)當(dāng)切片異常信息為0時(shí)，切片不參與任何資源的分配。

進(jìn)一步，所述切片需求資源報(bào)價(jià)由公式確定；

其中，是用戶恢復(fù)業(yè)務(wù)的可能性；是用戶x離開的時(shí)間；是恢復(fù)業(yè)務(wù)用戶的需求資源的收益；是新用戶需求資源的收益；是預(yù)留資源的花費(fèi)。

進(jìn)一步，所述回收資源報(bào)價(jià)由公式確定；

其中，是折扣因子，且是切片總資源的收益；是切片現(xiàn)有的所有資源；和切片的現(xiàn)有收益，wl是切片可以回收的資源量。

進(jìn)一步，所述步驟s4中的優(yōu)先級(jí)表示為δ＝log3(u+1)，由異常信息的緊急程度u決定，若未完成的決定的預(yù)留沒(méi)有結(jié)束，新的優(yōu)先級(jí)已經(jīng)形成，允許優(yōu)先級(jí)較高的切片進(jìn)入分配隊(duì)列；所述緊急程度為：

其中，pn為切片新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)阻塞率，為新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)阻塞率的最大值，pr為恢復(fù)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)阻塞率，為恢復(fù)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)阻塞率的最大值；當(dāng)切片異常信息為1時(shí)，異常信息的緊急程度為一個(gè)大于0，小于2的數(shù)，但考慮到優(yōu)先級(jí)是0到1之間的數(shù)，對(duì)切片的投標(biāo)價(jià)格可產(chǎn)生一個(gè)折扣，需要根據(jù)緊急程度得到優(yōu)先級(jí)；當(dāng)切片異常信息為0時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)u為0表示當(dāng)切片未處于異常狀態(tài)則無(wú)需求。

進(jìn)一步，當(dāng)所述資源需求量不超過(guò)mvno的資源量時(shí)，決定預(yù)留策略的過(guò)程，需要確定競(jìng)標(biāo)者是否中標(biāo)，以效用函數(shù)最大化為目標(biāo)分配資源；所述效用函數(shù)考慮因素包括切片需求資源報(bào)價(jià)和切片優(yōu)先級(jí)；

當(dāng)超過(guò)預(yù)留量除優(yōu)先級(jí)外需引入時(shí)延權(quán)重因子，以最大化需求與回收空閑資源收益差值為目標(biāo)分配資源，滿足用戶qos需求；所述時(shí)延權(quán)重因子考慮因素包括切片容忍的最大時(shí)延門限和切片允許的最大丟包率。

進(jìn)一步，當(dāng)所述資源需求量超過(guò)預(yù)留量時(shí)，需要優(yōu)先滿足優(yōu)先級(jí)高且時(shí)延要求較高的切片，此時(shí)的資源分配分為兩個(gè)階段，第一階段分配子信道，假設(shè)cpu按比例平均分配，當(dāng)子信道分配完畢后再進(jìn)行第二階段的cpu分配和調(diào)整，在兩個(gè)階段中都需要考慮到用戶需求，在第二階段調(diào)整速率需求。

進(jìn)一步，所述需要優(yōu)先滿足優(yōu)先級(jí)高且時(shí)延要求較高的切片，包括以下步驟：

s401：將有空閑資源切片中的所有空閑資源回收整合；

s402：將需求的切片，按報(bào)價(jià)、優(yōu)先級(jí)和時(shí)延權(quán)重因子的乘積順序排序，依次為其分配部分需求資源；

s403：每一個(gè)切片分配完成后，檢查剩余資源數(shù)是否能繼續(xù)分配；

s404：把已分配的資源標(biāo)為“占用”，檢查切片狀態(tài)是否滿足切片qos需求，如果滿足，則分配結(jié)束，對(duì)下一個(gè)切片進(jìn)行分配，否則更新切片需求繼續(xù)排隊(duì)分配；

s405：重復(fù)步驟s401-s405直至所有用戶分配完畢，或者沒(méi)有可用資源為止。

本發(fā)明的有益效果在于：

mvno可以用戶狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)分配資源滿足用戶qos需求。本發(fā)明通過(guò)對(duì)不同虛擬網(wǎng)絡(luò)切片的不同業(yè)務(wù)需求定制其特殊虛擬資源塊；在此基礎(chǔ)上，切片根據(jù)用戶狀態(tài)觸發(fā)開關(guān)提出需求申請(qǐng)；在此基礎(chǔ)上，以價(jià)格為信譽(yù)因子，根據(jù)切片的優(yōu)先級(jí)，回收并分配資源；另外，將切片分配資源時(shí)的空隙資源整合作為預(yù)留資源，減小分配資源帶來(lái)的時(shí)延，本發(fā)明可以在滿足用戶qos的同時(shí)使得收益最大化。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明：

圖1為研究場(chǎng)景示意圖；

圖2為網(wǎng)絡(luò)切片虛擬資源分配拍賣模型；

圖3為網(wǎng)絡(luò)切片虛擬資源拍賣工作流程圖；

圖4為拍賣定價(jià)更新工作流程圖

圖5為需求超過(guò)預(yù)留量時(shí)第一階段資源分配流程圖；

圖6為基于內(nèi)部拍賣機(jī)制的預(yù)留資源分配方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明研究場(chǎng)景示意圖。在本發(fā)明實(shí)施例中，在一個(gè)基站覆蓋的范圍內(nèi)，有l(wèi)個(gè)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片，每個(gè)切片為各自業(yè)務(wù)的用戶服務(wù)，且一個(gè)用戶在任一時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)業(yè)務(wù)運(yùn)行，即一個(gè)用戶只能接入一個(gè)切片，在t時(shí)刻接入切片l的用戶有x個(gè)。在網(wǎng)絡(luò)中，由無(wú)線技術(shù)實(shí)體基站控制器和基站收發(fā)設(shè)備來(lái)負(fù)責(zé)無(wú)線資源的管理.對(duì)于切片的資源預(yù)留，與一般預(yù)留系統(tǒng)模型不同，切片不提交預(yù)留請(qǐng)求，所以在虛擬的網(wǎng)絡(luò)切片中，只有收發(fā)設(shè)備，沒(méi)有控制器，切片只需對(duì)用戶提供服務(wù)，并記錄用戶狀態(tài)信息，對(duì)超過(guò)閾值的用戶狀態(tài)進(jìn)行額外通報(bào)，但不具備對(duì)目前狀態(tài)評(píng)估，和對(duì)未來(lái)狀態(tài)預(yù)估的能力，當(dāng)切片狀態(tài)超過(guò)預(yù)定閾值，切片向其mvno提交異常信息，由mvno匯總所有的這切片狀態(tài)，綜合考慮各個(gè)切片的情況決定分配資源。

參見(jiàn)圖2，圖2為網(wǎng)絡(luò)切片虛擬資源分配拍賣模型，步驟如下：

步驟201：inp根據(jù)請(qǐng)求與mvno建立購(gòu)買、租借策略；mvno根據(jù)分配策略向inp租借物理資源或inp對(duì)空閑物理資源進(jìn)行回收，

步驟202：mvno處理資源分為兩個(gè)部分，一個(gè)是分配資源，一個(gè)是回收資源，只有切片根據(jù)自身的狀態(tài)觸發(fā)分配或者回收開關(guān)時(shí)，才需要向mvno提交申請(qǐng)，否則切片只需對(duì)自身狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，切片的資源不能在切片間自由調(diào)用，回收的資源和空隙資源均由mvno統(tǒng)一處理，

步驟203：mvno根據(jù)分配策略向切片分配資源，

步驟204：mvno根據(jù)分配策略對(duì)空閑物理資源進(jìn)行回收，

步驟205：切片對(duì)用戶提供服務(wù)，并記錄用戶狀態(tài)信息。

參見(jiàn)圖3，圖3為網(wǎng)絡(luò)切片虛擬資源拍賣工作流程圖，步驟如下：

步驟301：用戶到達(dá)后需要根據(jù)用戶狀態(tài)對(duì)切片狀態(tài)進(jìn)行更新，

步驟302：若切片正常工作則記錄當(dāng)前的切片狀態(tài)，其中，所述切片狀態(tài)包括用戶狀態(tài)、剩余資源狀態(tài)和切片異常信息，其中，所述用戶狀態(tài)包括切片強(qiáng)度γ和切片業(yè)務(wù)阻塞率p；其中，所述切片異常信息是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，0代表正常狀態(tài)，1代表異常狀態(tài)，

步驟303：若切片處于異常狀態(tài)，則進(jìn)入步驟304，

步驟304：根據(jù)用戶狀態(tài)可達(dá)速率以及切片資源可達(dá)速率的差值得到需求量，

步驟305：計(jì)算切片優(yōu)先級(jí)δ＝log3(u+1)；

其中，u為異常信息的緊急程度，

其中，pn為切片新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)阻塞率，為新業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)阻塞率的最大值，pr為恢復(fù)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)阻塞率，為恢復(fù)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)阻塞率的最大值。

步驟306：計(jì)算需求資源報(bào)價(jià)：

其中，是用戶恢復(fù)業(yè)務(wù)的可能性，是用戶x離開的時(shí)間；是需求資源的收益；是預(yù)留資源的花費(fèi)。

步驟307：處于異常狀態(tài)的切片，若不是需要資源的狀態(tài)則判斷切片是否有空閑資源可以回收

步驟308：根據(jù)用戶狀態(tài)可達(dá)速率以及切片資源可達(dá)速率的差值得到回收量，

步驟309：計(jì)算回收資源報(bào)價(jià)：

其中，是折扣因子，且分別是切片總資源的收益和切片的現(xiàn)有收益。

步驟310：mvno根據(jù)切片提供的狀態(tài)信息，整合空隙資源，以及各個(gè)切片的優(yōu)先級(jí)形成一個(gè)內(nèi)部拍賣模型，

步驟311：根據(jù)分配策略分配和回收資源，

步驟312：若切片沒(méi)有空閑資源可以回收則切片自身記錄當(dāng)前狀態(tài)。

參見(jiàn)圖4，圖4為拍賣定價(jià)更新工作流程圖，步驟如下：

步驟401：mvno更新、整理剩余資源量，

步驟402：判斷是否有剩余資源可以分配，

步驟403：根據(jù)剩余資源量更新單位資源的定價(jià)，

步驟404：mvno匯總所有的這切片狀態(tài)，綜合考慮各個(gè)切片的情況(收益、qos等)決定分配資源，以及回收資源，

步驟405：分配完成后更新切片狀態(tài)，

步驟406：判斷切片是否需要資源，若不需要資源則分配結(jié)束，

步驟407：若需要資源則更新切片需求，返回步驟401繼續(xù)申請(qǐng)分配資源。

參見(jiàn)圖5，圖5圖5為需求超過(guò)預(yù)留量時(shí)第一階段資源分配流程圖，步驟如下：

步驟501：將有空閑資源切片中的所有空閑資源回收整合，對(duì)于各個(gè)切片l，將優(yōu)先級(jí)較高的切片找出，組成數(shù)組x，

步驟502：將需求的切片，按報(bào)價(jià)和時(shí)延權(quán)重因子的乘積順序排序，依次為其分配部分需求資源，

步驟503：在調(diào)用資源中尋找可用資源，并進(jìn)行匹配

步驟504：檢查剩余資源數(shù)是否能繼續(xù)分配，保證所分配的資源是可用資源

步驟505：把已分配的資源標(biāo)為“占用”，檢查切片狀態(tài)是否滿足切片qos需求，如果全部滿足，則分配結(jié)束，返回步驟1對(duì)下一個(gè)切片進(jìn)行分配；

步驟506：如果全部滿足返回步驟504繼續(xù)分配。重復(fù)以上步驟直至所有用戶分配完畢，或者沒(méi)有可用資源為止。

參見(jiàn)圖6，圖6為基于內(nèi)部拍賣機(jī)制的預(yù)留資源分配方法，步驟如下：

步驟601：采集各個(gè)切片的用戶狀態(tài)信息和剩余資源狀態(tài)，向mvno匯總

步驟602：mvno匯總所有的這切片狀態(tài)，綜合考慮各個(gè)切片的情況(收益、qos等)決定是否分配資源，以及回收資源量，mvno匯總所有的這切片狀態(tài)包括了所有處于異常狀態(tài)的切片信息，切片只需對(duì)用戶提供服務(wù)，并記錄用戶狀態(tài)信息，對(duì)超過(guò)閾值的切片狀態(tài)進(jìn)行通報(bào)，但不具備對(duì)目前狀態(tài)評(píng)估，和對(duì)未來(lái)狀態(tài)預(yù)估的能力，

步驟603：將所有需求信息匯總與總資源量進(jìn)行比較，判斷所需資源是否超過(guò)總資源量，

步驟604：若不超過(guò)總資源量則利用內(nèi)部拍賣法按優(yōu)先級(jí)根據(jù)需求分配資源；

步驟605：若超過(guò)總資源量除優(yōu)先級(jí)外需引入時(shí)延權(quán)重因子，根據(jù)優(yōu)先級(jí)與時(shí)延權(quán)重因子將有資源需求的切片排序形成數(shù)組，分兩階段完成分配，

步驟606：第一階段簡(jiǎn)化模型進(jìn)行子信道分配，此時(shí)假設(shè)cpu與子信道按比例分配，

步驟607：第二階段對(duì)已分配信道的切片進(jìn)行cpu分配及調(diào)整，

步驟608：分配完成后檢查此時(shí)的切片是否滿足用戶需求，若不滿足則繼續(xù)重復(fù)以上步驟進(jìn)行分配，

步驟609：若滿足用戶需求則更新切片狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果在于：

mvno可以用戶狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)分配資源滿足用戶qos需求。本發(fā)明通過(guò)對(duì)不同虛擬網(wǎng)絡(luò)切片的不同業(yè)務(wù)需求定制其特殊虛擬資源塊；在此基礎(chǔ)上，切片根據(jù)用戶狀態(tài)觸發(fā)開關(guān)提出需求申請(qǐng)；在此基礎(chǔ)上，以價(jià)格為信譽(yù)因子，根據(jù)切片的優(yōu)先級(jí)，回收并分配資源；另外，將切片分配資源時(shí)的空隙資源整合作為預(yù)留資源，減小分配資源帶來(lái)的時(shí)延，本發(fā)明可以在滿足用戶qos的同時(shí)使得收益最大化。

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。