一种RAN切片编排方法、系统、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及5G无线接入网网络切片领域，尤其涉及一种RAN切片编排方法、系统、设备和存储介质。

背景技术

传统网络的服务提供方案是一种尽力而为的模型，将有限的无线资源尽可能分配给所有用户，引入网络切片以后，网络切片可以满足不同用户的不同网络需求，现有的基于网络切片的网络服务方案主要集中在通过对网络切片中的资源管理以获得更好的切片部署方案，但网络的无限资源依旧是有限稀缺的，由于有限的资源不能让所有用户都获得满足其QoS要求的服务，现有的网络切片的服务提供机制为任意用户均可接入，导致了较低的资源利用率，使得整体网络性能较低。

发明内容

基于上述技术问题本发明提供的技术方案为：一种RAN切片编排方法，包括以下步骤：

获取当前区域的移动网络中所有用户的用户数据，用户数据包括用户终端的实际传输速率、实际时延、需求传输速率、容忍时延、最大需求传输速率及最大容忍时延；

用户QoS要求包括用户终端的传输速率及时延，根据用户QoS要求以最小化用户实际传输速率与需求传输速率之间的差值、实际时延与容忍时延之间的差值为目标构建速率时延最优化函数，确定速率时延最优化函数的约束条件，利用拉格朗日乘数法及函数的强对偶性对速率时延最优化函数求解，并利用速率时延最优化函数的求解结果对当前区域的移动网络中所有用户进行用户筛选，得到可接入基站用户集合与淘汰用户集合；

根据不同网络切片的权重以最大化网络效用为目标构建资源分配最优化函数，利用凸优化建模工具箱对资源分配最优化函数仿真求解，得到资源分配结果。

优选的，所述速率时延最优化函数具体公式为：

其中，u为区域内某用户终端，U为区域所有用户终端集合，

优选的，所述速率时延最优化函数的约束条件包括网络切片通过基站向用户终端提供的带宽资源量的约束、用户终端实际传输速率及用户终端实际时延的约束以及用户终端通过基站与网络切片连接方式的约束；

其中，所述网络切片通过基站向用户终端提供的带宽资源量的约束具体为：

式中，N为网络切片集合，n为网络切片集合中的一分片，u为区域内某用户终端，U为区域所有用户终端集合，k为基站；

B为网络总带宽，U

所述用户终端实际传输速率及用户终端实际时延的约束具体为：

式中，

所述用户终端通过基站与网络切片连接方式的约束具体为每一个用户终端只能通过一个基站接入网络切片：

优选的，所述所述利用拉格朗日乘数法及函数的强对偶性对速率时延最优化函数求解具体为：

使用拉格朗日乘子λ，ν将用户终端实际传输速率及用户终端实际时延的约束条件引入速率时延最优化函数定义拉格朗日函数

其中，

即：

优选的，所述利用速率时延最优化函数的求解结果对当前区域的移动网络中所有用户进行用户筛选，得到可接入基站用户集合与淘汰用户集合具体为：

通过强对偶性对

优选的，将满足QoS要求的用户划分至可接入基站用户集合，将不满足QoS要求的用户划分至淘汰用户集合，之后还包括：

判断进行用户数据筛选后的可接入基站用户集合是否占用了网络所有无线资源，若存在剩余的无线资源，改变需满足的QoS要求，对

优选的，所述资源分配最优化函数具体公式为：

其中，a

本发明还提供一种RAN切片编排系统，所述RAN切片编排系统包括数据采集模块、处理模块及切片编排模块，其中：

在目标区域搭建由用户终端-基站-网络切片组成三联结构，若干用户终端均匀分布在当前区域，用户通过用户终端进入基站访问基站覆盖的所有网络切片；

所述数据采集模块通过用户终端与基站采集当前区域的移动网络中所有用户的用户数据，用户数据包括用户终端的实际传输速率、实际时延、需求传输速率、容忍时延、最大需求传输速率及最大容忍时延；

所述处理模块与数据采集模块电连接，获取数据采集模块采集的当前区域的移动网络中所有用户的用户数据，所述处理模块内部构建有速率时延最优化函数及其约束条件，所述速率时延最优化函数以最小化用户实际传输速率与需求传输速率之间的差值、实际时延与容忍时延之间的差值为目标，利用拉格朗日乘数法及函数的强对偶性进行求解，所述处理模块利用求解结果对当前区域的移动网络中所有用户进行用户筛选，得到可接入基站用户集合与淘汰用户集合；

所述切片编排模块与处理模块电连接，内部构建有资源分配最优化函数及其约束条件，利用凸优化建模工具箱对资源分配最优化函数仿真求解，得到资源分配结果。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如本发明任一实施例所述一种RAN切片编排方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述一种RAN切片编排方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明为一种RAN切片编排方法、系统、设备和存储介质，通过引入弹性变量来量化用户端实际传输速率、时延与所需的速率、时延之间的差距，构建函数进行用户筛选，使用拉格朗日松弛法求解建立的函数并筛选出可接入基站用户集合，该集合所有用户满足QoS要求；以最大化网络效用为目标构建函数设计了资源分配方案，得到最后的资源分配结果，该方法加强了RAN切片的用户接入控制，提高了网络的资源利用率及整体性能。

附图说明

图1是本发明实施例中RAN切片编排方法流程图；

图2是本发明实施例中用户终端-基站-网络切片三联结构模型图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，本实施例一提供以下技术方案：一种RAN切片编排方法。

如图2所示，在智能电网场景下，本实施例采用单基站多切片模型，在某一区域中心放置一个宏基站，基站支持三种切片，分别对应智能电网的三个服务业务，即移动应用服务、信息采集服务、电网控制服务，多个用户终端UE均匀分布在整个区域，用户使用终端进入基站访问基站覆盖的所有网络切片，用户可以通过基站访问基站覆盖的所有切片，整个区域形成一个用户终端UE(User Equipment)-基站BS(Base Station)-网络切片NS(Network Slice)的三联结构，其中，在本实施例中，N为网络切片集合，n为网络切片集合中的一分片，u为区域内某用户终端，U为区域所有用户终端集合，k为基站。

获取当前区域智能电网中所有用户数据，用户终端有不同的QoS要求，本实施例用传输速率与时延来表示用户终端的QoS要求，只有当用户终端实际传输速率大于用户终端需求的最小传输速率，且实际时延小于用户终端最大容忍时延时，才认为满足用户终端的QoS要求，因此获取所有用户数据包括用户终端的实际传输速率、实际时延、需求传输速率、容忍时延、最大需求传输速率及最大容忍时延。本实施例假设用户终端u需要传输的数据量为q，

当用户实际传输速率与需求传输速率差值、实际时延与容忍时延差值为零时，用户终端的QoS要求被满足，将用户实际传输速率与需求传输速率差值、实际时延与容忍时延差值作为弹性变量，以最小化弹性变量归一化值为目标构建速率时延最优化函数：

其中，u为区域内某用户终端，U为区域所有用户终端集合，

确定速率时延最优化函数约束条件：

1)网络切片通过基站向用户终端提供的带宽资源量的约束，即网络切片通过基站向用户终端提供的资源总量不得超过切片中包含的总带宽资源量：

其中，N为网络切片集合，n为网络切片集合中的一分片，u为区域内某用户终端，U为区域所有用户终端集合，k为基站；

2)用户终端实际传输速率及用户终端实际时延的约束，即用户终端实际传输速率等于最大传输速率减去实际传输速率与需求传输速率之差，用户终端实际时延等于最大容忍时延加上实际时延与容忍时延之差：

其中，

3)用户终端通过基站与网络切片连接方式的约束，即每一个用户终端只能通过一个基站接入网络切片：

由于速率时延最优化函数为多目标优化函数，且

其中，

因弹性变量和用户关联变量是相互独立的，所以可以将

当拉格朗日乘子确定时，利用强对偶性对上述两部分进行求解进行用户数据筛选，通过将所有用户数据代入速率时延最优化函数计算获得计算结果，计算结果满足QoS要求的用户划分至可接入基站用户集合，不满足QoS要求的用户划分至淘汰用户集合；

由于筛选过程中，有很多用户因为两个弹性变量中的一个不为零而被淘汰，此时网络有剩余无线资源，因此为了最大化接入用户数量，在充分考虑实际情况以后，本实施例将弹性变量设定一个取值范围，即

以最大化网络效用为目标构建资源分配最优化函数：

其中，a

实施例二

本发明提供一种RAN切片编排系统，所述RAN切片编排系统包括数据采集模块、处理模块及切片编排模块，其中：

在目标区域搭建由用户终端-基站-网络切片组成三联结构，若干用户终端均匀分布在当前区域，用户通过用户终端进入基站访问基站覆盖的所有网络切片；

所述数据采集模块通过用户终端与基站采集当前区域的移动网络中所有用户的用户数据，用户数据包括用户终端的实际传输速率、实际时延、需求传输速率、容忍时延、最大需求传输速率及最大容忍时延；

所述处理模块与数据采集模块电连接，获取数据采集模块采集的当前区域的移动网络中所有用户的用户数据，所述处理模块内部构建有速率时延最优化函数及其约束条件，所述速率时延最优化函数以最小化用户实际传输速率与需求传输速率之间的差值、实际时延与容忍时延之间的差值为目标，利用拉格朗日乘数法及函数的强对偶性进行求解，所述处理模块利用求解结果对当前区域的移动网络中所有用户进行用户筛选，得到可接入基站用户集合与淘汰用户集合；

所述切片编排模块与处理模块电连接，内部构建有资源分配最优化函数及其约束条件，利用凸优化建模工具箱对资源分配最优化函数仿真求解，得到资源分配结果。

实施例三

本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如本发明任一实施例所述一种RAN切片编排方法。

实施例四

本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如本发明任一实施例所述一种RAN切片编排方法。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。