基于網(wǎng)絡(luò)虛擬化的運(yùn)營商間資源共享方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)虛擬化中運(yùn)營商間資源共享問題，屬于無線通信中的網(wǎng)絡(luò)虛擬化
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著智能手機(jī)，筆記本和其他無線設(shè)備的日益普及，移動數(shù)據(jù)的需求量急 劇增加。為了提高移動網(wǎng)絡(luò)容量來滿足數(shù)據(jù)需求，移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商使用了許多技術(shù)，如使用 多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output, MHTO)系統(tǒng)獲得更高速率的寬帶空中接 口技術(shù)，小型蜂窩技術(shù)等。但是這些技術(shù)提高了網(wǎng)絡(luò)的資本和運(yùn)營支出，增加了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜 性。另外，通過獲取新的無線頻譜資源來提高系統(tǒng)容量的方法也需要大量的前期投資。網(wǎng) 絡(luò)虛擬化技術(shù)通過多個運(yùn)營商共享頻譜資源和基礎(chǔ)設(shè)施，在提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量 的同時，減少了網(wǎng)絡(luò)的資本和運(yùn)營支出，為解決該問題開創(chuàng)了嶄新的局面。軟件定義網(wǎng)絡(luò) (Soft Defined Network, SDN)，通過解親控制平面和數(shù)據(jù)平面以及引入集中控制平面，被 認(rèn)為是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化最有前途的技術(shù)之一。
[0003] 網(wǎng)絡(luò)虛擬化是指可以將物理資源抽象并劃分為多個相互隔離的虛擬網(wǎng)絡(luò)資源由 多方共享的技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)虛擬化將傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商分為成兩個新的角色：基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng) 絡(luò)提供商（Infrastructure Provider, InP)和服務(wù)提供商（Service Provide, SP)。SP 通 過向InP租賃資源來建立虛擬網(wǎng)絡(luò)以提供各種服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)虛擬化顯著提高了資源利用率， 實現(xiàn)功能和設(shè)施的解耦，易于實現(xiàn)新服務(wù)和產(chǎn)品的擴(kuò)展及管理，從而減少設(shè)備和管理成本。
[0004] SDN是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是一種網(wǎng)絡(luò)控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)相分離的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并 且網(wǎng)絡(luò)控制功能具備可編程特性，可以通過軟件程序靈活地配置網(wǎng)絡(luò)功能。雖然SDN和網(wǎng) 絡(luò)虛擬化是不同的技術(shù)，但二者高度互補(bǔ)。所以，將SDN和網(wǎng)絡(luò)虛擬化相結(jié)合對于有效應(yīng)對 未來網(wǎng)絡(luò)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)是十分有必要的。將SDN應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)虛擬化中，有利于實現(xiàn)控制和 運(yùn)營策略的最優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)虛擬化的可編程性。
[0005] 基站虛擬化作為網(wǎng)路虛擬化的一種實現(xiàn)方式，可以實現(xiàn)不同運(yùn)營商之間的頻譜和 設(shè)施共享。利用SDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以實現(xiàn)基站虛擬化的集中控制以及不同運(yùn)營商之間的 隔離和定制化服務(wù)。在基于SDN的基站虛擬化中，需要給出具體的基站虛擬化方法以及基 站虛擬化后用戶終端設(shè)備（User Equipment，UE)的切換方法。并且，基站虛擬化也會有開 銷，需要設(shè)計一種方法實現(xiàn)提高系統(tǒng)性能和減少虛擬化開銷之間的權(quán)衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種網(wǎng)絡(luò)虛擬化中不同運(yùn)營商間的資源共享方法，設(shè)計一種 基站虛擬化及虛擬化后用戶切換方法，依據(jù)不同運(yùn)營商間基站是否滿足虛擬化觸發(fā)條件決 定是否進(jìn)行虛擬化，以及建立虛擬化基站后通過UE切換實現(xiàn)資源共享。采用本發(fā)明中的資 源共享方法，能夠有效提高頻譜資源利用率，同時可通過設(shè)定不同基站虛擬化觸發(fā)條件來 實現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量和虛擬化開銷之間的權(quán)衡。
[0007] 本發(fā)明首先給出一種基于SDN的網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)，基于該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，設(shè)計出一種 不同運(yùn)營商之間基站虛擬化以實現(xiàn)資源共享的方法，根據(jù)計算判斷基站是否滿足虛擬化觸 發(fā)條件，若滿足則進(jìn)行基站虛擬化并將重負(fù)載小區(qū)中滿足切換條件的UE切換到其他運(yùn)營 商的中等或輕負(fù)載小區(qū)的虛擬基站中。
[0008] 1基于SDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
[0009] 如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)分為兩個平面：控制平面和數(shù)據(jù)平面。
[0010] 控制平面由三部分組成：控制器，數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)虛擬化組件。不同的運(yùn)營商通過 自己的網(wǎng)絡(luò)控制器控制他們的網(wǎng)絡(luò)?？刂破髦g可以進(jìn)行通信，以交換信息。為了簡潔， 圖1中僅畫出兩個運(yùn)營商A和B的控制器。數(shù)據(jù)庫存儲了整個網(wǎng)絡(luò)的抽象拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及 從數(shù)據(jù)平面收集到的關(guān)于基站和用戶的信息（例如，基站的位置、發(fā)射功率、物理資源塊 (Physical Resource Block, PRB)的使用情況，用戶的信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR)等。網(wǎng)絡(luò)虛擬化組件包括兩個模塊：計算模塊和決策模塊。計算 模塊主要負(fù)責(zé)利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)計算滿足切換條件的UE數(shù)量，然后將它們發(fā)送給決策 模塊。決策模塊判斷UE數(shù)量是否滿足虛擬化的觸發(fā)條件，若滿足則發(fā)送信號給基站和控制 器進(jìn)行虛擬化。
[0011] 數(shù)據(jù)平面由各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的基站組成，這些基站只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)和收集數(shù)據(jù)。
[0012] 2小區(qū)負(fù)載定義及其分類
[0013] 本發(fā)明的基站虛擬化方法是在不同運(yùn)營商的小區(qū)負(fù)載不均情況下進(jìn)行資源共享， 首先需要給出小區(qū)負(fù)載的定義。小區(qū)負(fù)載P由該小區(qū)的PRB總數(shù)N PRB和已被該小區(qū)UE占 用的PRB個數(shù)NUE PRBs定義：
[0014]
[1]
[0015] 針對小區(qū)負(fù)載P的不同情況，小區(qū)分為以下三種：
[0016] A、重負(fù)載小區(qū)。若小區(qū)負(fù)載P滿足0.9〈P彡1，則該小區(qū)為重負(fù)載小區(qū)。
[0017] B、中等負(fù)載小區(qū)。若小區(qū)負(fù)載P滿足0.5〈P彡0.9,則該小區(qū)為中等負(fù)載小區(qū)。
[0018] C、輕負(fù)載小區(qū)。若小區(qū)負(fù)載P滿足0彡P(guān)彡0.5,則該小區(qū)為輕負(fù)載小區(qū)。
[0019] 3運(yùn)營商間資源共享方法
[0020] 假設(shè)以下場景中不同運(yùn)營商之間負(fù)載不均衡，運(yùn)營商A的大多數(shù)小區(qū)為重負(fù)載小 區(qū)，而運(yùn)營商B的大多數(shù)小區(qū)為中等或輕負(fù)載小區(qū)。運(yùn)營商B的中等或輕負(fù)載小區(qū)中的基 站可以虛擬化為兩個虛擬基站，一個用于服務(wù)本小區(qū)的UE，另一個供運(yùn)營商A使用。運(yùn)營 商A的重負(fù)載小區(qū)的UE切換到虛擬基站，即使他們切換過后的SINR值略低于原小區(qū)中的 SINR值。具體的基站虛擬化過程如下：
[0021] 1)若運(yùn)營商A的第i個小區(qū) < 為重負(fù)載小區(qū)，Cf的基站發(fā)送測量配置信息給該 小區(qū)的UE。若0 1中的第k個UEuk也在運(yùn)營商B的第j個小區(qū) < 的覆蓋范圍內(nèi)，且C；為 中等或輕負(fù)載小區(qū)，則UEuk將測量其在本小區(qū)Cf中的SINR值W&jX)和其在運(yùn)營商B 小區(qū)Cf中的SINR值。
[0022]
[2]
[0023] 其中Pc是小區(qū)C基站的發(fā)射功率，x是UEu J小區(qū)C基站的距離，H x是小區(qū)C基 站到UEuk的信道增益，a是路損指數(shù)，N。是噪聲功率。由于運(yùn)營商A，B是異頻的，所以I c 表示用戶收到來自運(yùn)營商A或B中其他小區(qū)C'的干擾，
[0024]
[0025] 其中，Pe，是其他小區(qū)C'的發(fā)射功率，y是UEuk到其他小區(qū)C'基站的距離，1是 其他小區(qū)C'基站到UEu k的信道增益。小區(qū)G的UE將測量到的兩個SINR值 和報告給小區(qū)g的基站。
[0026] 2)小區(qū)Cf的基站將收到的SINR值發(fā)送給控制平面的數(shù)據(jù)庫。小區(qū)CJ的基站將 其未被UE占用的PRB數(shù)量N left發(fā)送給數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫存儲下這些信息供控制平面的其他 組件使用。同時，小區(qū)C/的基站發(fā)送虛擬化請求信號給網(wǎng)絡(luò)虛擬化組件以告知自己是重負(fù) 載小區(qū)需要一個虛擬基站。
[0027] 3)為了防止建立虛擬化后切換過去的UE的SINR值降低太多，網(wǎng)絡(luò)虛擬化組件的 計算模塊中設(shè)定一個UE切換門限SINR th_ (該門限可由運(yùn)行商根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況設(shè)定），只有滿 足以下條件的UE才有可能