基于多层复杂网络理论的网络切片协作管理研究

1、基于多层复杂网络理论的网络切片协作管理研究随着自动驾驶、 能源互联网、 智慧城市等多种垂直产业服务的发 展, 移动通信网络需要在为用户提供泛在化高速率接入的同时使用有 限的网络资源提供差异化定制化的服务。针对上述需求 , 网络切片的 概念被提出 , 其本质是依据服务需求将基础设施网络切分成多个相互 独立且彼此隔离的逻辑网络。为了加快差异化服务的部署周期 , 需要 对网络切片进行端到端的管理、部署、编排 , 实现全面覆盖接入网、 传输网、核心网域的资源管控。同时 , 为了支持垂直产业参与者等多 类型租户定制化网络切片的需求 , 网络运营商通过多个基础设施网络 间协作及资源共享的方式扩充网络容量

2、, 进而降低部署运营成本并且 提升投资收益。因此 , 以满足差异化定制化服务需求为主旨实现端到 端切片管理及基础设施网络间协作成为一个亟需解决的问题。 为了提 供给用户差异化定制化的端到端服务 , 提升基础设施网络的资源使用 效率,支持多租户新型商业模式 , 本论文将基于多层复杂网络理论解 决基础设施网络协作场景下的端到端切片部署管理问题。 首先设计新 型的网络切片协作管理架构 , 然后进行切片需求导向的基础设施网络 间协作性能分析 , 最后依据所创建的架构及分析结果提出端到端切片 的服务化部署策略及弹性资源管理策略 , 旨在实现定制化业务需求驱 动的新型网络切片协作管理模式。 本文的主要研究

3、工作及创新性成果 如下 :1, 基于多层复杂网络理论的网络切片协作管理架构创建现有的 网络切片管理架构为核心网切片的实例化流程及生命周期管理提供 了解决方案 , 能够实现核心网切片部署、管理及编排。然而现有架构 很少能支持切片的端到端管理 , 提供多个基础设施网络间的协作策略 , 实现端到端切片的跨域部署。这需要获取基础设施网络的拓扑结构 , 并且从全局的角度以简单明了的方式描述切片部署信息。 针对此问题 , 本文设计了一种新型网络切片协作管理架构 , 将联合物理网络及部署 于其上的多个端到端切片网络建模成一个多层复杂网络 , 且联合物理 网络由运营商提供的多个基础设施网络协作形成。 基于多层

4、复杂网络 理论捕捉联合物理网络拓扑及切片部署信息 , 相较于传统架构 , 网络 拓扑、部署位置及资源分配更加清晰透明 , 有助于实现最优化协作、 快速部署和高效管理。 2, 服务需求导向的多个基础设施网络间协作策 略分析多租户切片场景中 , 现有的协作策略缺乏对基础设施网络结构 特性的考虑 , 协作后的联合物理网络无法适配切片对应的服务需求。 针对该问题 , 本文提出切片服务需求导向的协作策略 ,并分析基础设 施网络结构特性对协作结果的影响。以时延敏感型切片为例 , 该类型 切片的需求为降低传输时延 , 协作后的联合物理网络需要支持较快的 数据包传输。因此 , 本文采用四个典型的复杂网络模型模

5、拟具有不同 结构特性的基础设施网络 , 依据切片需求进行协作点的选择及协作位 置的优化。本文使用复杂网络结构特征度量指标获取四个基础设施网 络的结构特性 , 并分析不同的结构特性对上述两个过程的影响。 最后, 对基于所提策略形成的联合物理网络进行仿真验证 , 结果表明协作策 略能够适应时延敏感型切片的需求。 3, 保障端到端网络切片差异化服 务需求的跨域部署策略网络切片的部署问题包括构成切片的虚拟网 络功能即虚拟节点的映射 , 以及虚拟网络功能间连接即虚拟链路的映 射。现有的部署算法无法实现端到端切片的跨域部署 , 不能同时满足 多种切片类型对不同域资源的差异化需求。 本文针对三种典型切片的

6、需求, 提出与需求匹配的专属部署优化目标和部署算法。并结合复杂 网络结构特征度量指标定义物理节点重要度指标 , 基于该指标实现三 种类型切片的快速跨域部署。 虚拟节点的部署采用广度优先搜索算法 结合节点重要度完成映射，虚拟链路的部署依据K最短路径算法完成 映射。考虑到三种类型切片对接入网、 传输网、核心网域的网络资源、 存储资源、计算资源等资源的需求不同 , 仿真结果显示所提部署算法 能够在满足切片需求的同时优化切片部署中的资源使用。 4, 保障端到 端网络切片流量传输性能的弹性资源管理策略针对端到端网络切片 间资源竞争引起的流量拥塞问题 ,本文基于多层复杂网络建立数据包 传输模型,并定义性能指标从两个方面对端到端网络切片的流量传输 性能进行分析。一方面分析资源分配参数包括整体分配权重和单个节 点分配权重对流量传输性能的影响 , 另一方面分析整体切片数量和各 个切片规模对流量传输性能的影响。基于传输性能的分析结果 , 本文 创新性地提出两种优化切片传输性能的弹性资源管理策略。其中 , 基 于局部资源优化的管理策略主要是通过提升少量核心物理节点的