基于改進LR算法的兩階段C?RAN載波遷移調度方法與流程

本發明屬于通信網絡架構
技術領域：
，尤其涉及一種基于改進lr算法的兩階段c-ran載波遷移調度方法。
背景技術：
：隨著人們對通信質量和通信形式要求越來越高，傳統的通信網絡架構已無法應對，為了解決傳統通信網絡架構的不足，中國移動提出了一種新型通信網絡架構—c-ran。該架構通過將處理資源集中化放置來構造一個基帶資源池，并通過虛擬化和軟件無線電技術將處理資源抽象成一個個虛擬的基站來向通信用戶提供服務，從而極大的節省了站點的建設維護及擴容升級成本。c-ran中的載波遷移機制是基帶池實現資源共享、熱點消除及容災容錯功能的關鍵所在，其實質即為將高負載虛擬基站中的部分負載業務通過實時無感知的預拷貝遷移技術遷移到低負載的虛擬基站當中繼續處理的過程。如何為高負載虛擬基站中的待遷移負載業務確定一種具體的遷移調度方法是c-ran載波遷移機制中的一大關鍵問題。現有的載波遷移調度策略是將虛擬基站中的全部待遷移負載業務打包為一個整體同時進行預拷貝遷移操作，然而此種遷移策略由于其首輪需傳輸的內存頁數據量十分巨大，并且由于在遷移過程中業務仍是在正常運行著的，每個業務的正常運行都需要占用一部分帶寬資源供業務數據的上下行傳輸，所以此刻可用的遷移帶寬十分小，從而導致現有載波遷移調度策略存在遷移過程時間花費巨大，會嚴重影響虛擬基站中負載業務正常運行的問題。針對該問題可以把遷移的粒度縮小，以單個獨立的負載業務作為調度單位進行遷移，每次僅遷移一個負載業務，該負載業務遷移完畢之后再遷移下一個負載業務，如此排隊進行來完成整個遷移過程，則可以有效避免現有遷移策略中會嚴重影響虛擬基站中負載業務正常運行的問題，提高運營商的業務收益。技術實現要素：針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于改進lr算法的兩階段c-ran載波遷移調度方法。本發明是這樣實現的，一種基于改進lr算法的兩階段c-ran載波遷移調度方法，所述基于改進lr算法的兩階段c-ran載波遷移調度方法包括以下步驟：步驟一，獲取待遷移虛擬基站中負載業務的業務類型特征以及各具體負載業務運行時的相關變量；步驟二，根據獲取的業務類型特征及相關變量，以業務中斷時間不能超過最大時延要求、完成整個遷移過程的耗時不能超過最大允許遷移時長為約束條件，建立基于系統總服務價值損耗最小的遷移調度數學優化模型；步驟三，利用基于改進lr算法的兩階段遷移調度模型求解方法求解遷移調度數學優化模型，得到最終的遷移調度方法。進一步，所述步驟一中：待遷移虛擬基站負載業務的業務類型特征包括：業務最大時延要求τ_th，單位：ms、業務數據傳輸速率rate，單位：mbps；以及業務價值權重price；各具體負載業務運行時的相關變量包括：業務正常運行時所需的處理資源量rc，單位：mops；單位處理資源的占用對業務的處理時延影響系數δτ；業務在運行時具有的內存頁數據量m_data，單位：mb；臟頁產生速率dirty，單位：mbps；以及達到停止-拷貝階段的臟頁閥值dirty_th，單位：mb。進一步，所述步驟二中基于系統總服務價值損耗最小的遷移調度數學優化模型為：進一步，所述步驟三具體包括：第一步，對待遷移虛擬基站內的負載業務進行分組并確定各“業務組”的遷移優先級；第二步，調整遷移調度數學優化模型以得到各個業務組的遷移調度子模型，并利用改進的lr算法求解各個業務組的遷移調度子模型，得到最終的遷移調度方法。進一步，所述第一步具體包括：(1)將屬于不同類型的負載業務置于不同的業務組內，即將具有相同業務特征：[τ_thi,ratei,pricei]；的負載業務vij置于同一個業務組內，可將業務組記為vi；將num個待遷移負載業務分為m個業務組：[v1,v2,…vi…,vm]；(2)優先級函數prf(vi)來確定各“業務組”的遷移優先級：其中b_all為虛擬基站的總帶寬資源量。進一步，所述第二步具體包括：(1)業務組vk內被調度在第j個次序進行遷移的負載業務，記為所具有的遷移帶寬調整為：(2)在虛擬基站中停留的時間調整為：其中表示優先級高于vk的其他業務組全部完成遷移的總時長，當k＝1時這一項為0；(3)在虛擬基站中停留的這段時間內，得受到的服務價值損耗為：其中：(4)得到業務組vk的遷移調度子模型：進一步，所述第二步中：改進后的lr乘子更新方法為：其中更新步長仍采用原有方法中的計算方法。第t步的更新方向通過下列操作得到：(1)、求解松弛問題得到若t＝1，則直接否則繼續操作。(2)、通過下式對進行初步修正：其中初步修正系數通過下式求得：式中為上一步的更新方向。(3)、利用下式構造一個檢測方向其中構造系數通過下式求得：式中為的坐標，為的坐標。(4)、隨機產生一組非負的記為判斷下式是否成立：(5)、對繼續進行修正，得到第t步的更新方向其中修正系數通過下式求得：本發明的優點及積極效果為：以單個負載業務作為調度單位進行調度遷移的策略，并建立一個基于系統總服務價值損耗的遷移調度優化模型，所建立的模型針對np-hard問題的啟發式求解方法無法適用于載波遷移這種對求解速度要求較高的場景。本發明采用一種兩階段的近似求解方法：第一階段對負載業務進行分組并確定各業務組的遷移優先級；第二階段通過lr算法來求解各業務組的遷移調度子模型，以得到具體的遷移調度方法。與此同時，針對第二階段中要用到的lr算法存在lr乘子的迭代更新方向容易偏離最優方向的問題，提出了一個方向修正的改進策略。本發明能夠有效降低c-ran基帶池中虛擬基站進行載波遷移時帶來的遷移代價(見圖5)；有效解決了現有c-ran載波遷移調度方法存在遷移耗時長、代價高的缺點，極大降低了完成遷移過程所帶來的系統總服務價值損耗。附圖說明圖1是本發明實施例提供的基于改進lr算法的兩階段c-ran載波遷移調度方法流程圖。圖2是本發明實施例提供的兩部分負載業務對業務vij造成影響的示意圖。圖3是本發明實施例提供的遷移調度數學優化模型的兩階段求解方法示意圖。圖4是本發明實施例提供的四部分負載業務對“業務組”中負載業務造成影響的示意圖。圖5是本發明實施例提供的基于改進lr算法的兩階段c-ran載波遷移調度方法與其他遷移調度方法的性能對比圖。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細的描述。如圖1所示，本發明實施例提供的基于改進lr算法的兩階段c-ran載波遷移調度方法包括以下步驟：參見圖1所示，本發明實施例提供一種基于改進lr算法(拉格朗日松弛算法)的兩階段c-ran載波遷移調度方法，包括以下實現步驟：s101：獲取待遷移虛擬基站中負載業務的業務類型特征以及各具體負載業務運行時的相關變量；s102：根據獲取的業務類型特征及相關變量，以業務中斷時間不能超過最大時延要求、完成整個遷移過程的耗時不能超過最大允許遷移時長為約束條件，建立基于系統總服務價值損耗最小的遷移調度數學優化模型；s103：利用基于改進lr算法的兩階段遷移調度模型求解方法求解遷移調度數學優化模型，得到最終的遷移調度方法。步驟s101中待遷移虛擬基站負載業務的業務類型特征包括：業務最大時延要求τ_th(單位：ms)、業務數據傳輸速率rate(單位：mbps)以及業務價值權重price；步驟s1中所述的各具體負載業務運行時的相關變量包括：業務正常運行時所需的處理資源量rc(單位：mops)、單位處理資源的占用對業務的處理時延影響系數δτ、業務在運行時具有的內存頁數據量m_data(單位：mb)、臟頁產生速率dirty(單位：mbps)以及達到“停止-拷貝”階段的臟頁閥值dirty_th(單位：mb)；參數具體數值如表1所示。表1待遷移虛擬基站負載業務相關參數負載業務類型編號12345678τ_th(ms)55102040801001000rate(mbps)5.7614.41.283.840.060.1280.2425.6price0.190.240.140.170.030.050.080.1rc(mops)5112611.425.6689.512δτ0.60.80.450.40.360.360.250.08m_data(mb)801402060581280dirty(mbps)2.255.50.51.50.0250.050.14.5dirty_th(mb)0.0280.0720.0130.0780.00240.010.0240.12步驟s102中建立遷移調度數學優化模型具體過程如下：模型的決策變量為虛擬基站進行載波遷移時所采用的遷移調度方法其中xij＝k，k為1到num之間的一個整數，m為業務類型數，nm為m類型業務的業務數目，num為虛擬基站中的待遷移業務總數目，即：中的任意兩個元素取值不同，xij＝k表示：vi類型業務的第j個負載業務vij被調度到第k個次序進行遷移。在高負載的“亞健康”狀態下，負載業務vij在虛擬基站中停留的這段時間t_lossij內會受到其他負載業務影響而產生一定的服務價值損耗p_lossij。負載業務vij在虛擬基站中停留的時間t_lossij包括兩部分：第一部分為vij的遷移過程耗時t_migij：按照遷移調度方法當輪到負載業務vij進行遷移時，vij可用的遷移帶寬b_migij為：其中band為虛擬基站在遷移開始時所具有的空閑帶寬。forder(xij,xpq)為一個遷移次序判定函數，若xij＜xpq，即在方案中負載業務vij先于vpq遷移，則forder(xij,xpq)取0；反之則forder(xij,xpq)取1；即：則負載業務vij的整個遷移過程的時間花費t_migij為：其中第二步分為vij在遷移隊列中排隊等待遷移的時間t_waitij：則t_lossij＝t_migij+t_waitij。如圖2所示，負載業務vij在虛擬基站中停留的這段時間t_lossij內，會受到其他兩部分負載業務影響而造成服務價值損耗：第一部分為調度在負載業務vij之前遷移的負載業務：負載業務僅是在自身停留的這段時間內會對vij造成影響，當它們遷移完畢時對vij的影響也隨之消失，故這部分負載業務對vij造成的服務價值損耗為p_lossij_parta：第二步分為調度在負載業務vij之后遷移的負載業務：負載業務在vij停留的整個時間內都會對vij造成影響，故這部分負載業務對vij造成的服務價值損耗為p_lossij_partb：從而負載業務vij在虛擬基站完成載波遷移的這個過程中，受到的服務價值損耗p_lossij為：(其中pq≠ij)；從而可以建立基于系統總服務價值損耗最小的遷移調度數學優化模型：如圖3所示，用于求解遷移調度數學優化模型的求解方法為基于改進lr算法的兩階段遷移調度模型求解方法，具體分為兩個階段：s301：對待遷移虛擬基站內的負載業務進行分組并確定各“業務組”的遷移優先級，具體方法為：將屬于不同類型的負載業務置于不同的“業務組”內，即將具有相同業務特征：[τ_thi,ratei,pricei]；的負載業務vij置于同一個“業務組”內，可將該“業務組”記為vi。故可以將num個待遷移負載業務分為m個“業務組”：[v1,v2,…vi…,vm]；接下來按如下的優先級函數prf(vi)來確定各“業務組”的遷移優先級：其中b_all為虛擬基站的總帶寬資源量。s302：調整遷移調度數學優化模型以得到各個“業務組”的遷移調度子模型，并利用改進的lr算法求解各個“業務組”的遷移調度子模型，得到最終的遷移調度方法。步驟s302中所述的調整遷移調度數學優化模型以得到各個“業務組”的遷移調度子模型，具體調整方法為：(1)、“業務組”vk內被調度在第j個次序進行遷移的負載業務(下文記為)所具有的遷移帶寬調整為：(2)、在虛擬基站中停留的時間調整為：其中表示優先級高于vk的其他“業務組”全部完成遷移的總時長，可見當k＝1時這一項為0。(3)、如圖4所示，在虛擬基站中停留的這段時間內，會受到其他四部分負載業務的影響而造成服務價值損耗。對其作出相應的調整可得受到的服務價值損耗為：其中：(4)、則經過上述調整，可以得到“業務組”vk的遷移調度子模型：步驟s302中所述的用于求解各個“業務組”遷移調度子模型的算法為改進的lr算法，主要對lr乘子的更新方法進行改進，具體改進如下：改進后的lr乘子更新方法為：其中更新步長仍采用原有方法中的計算方法。第t步的更新方向通過下列操作得到：(1)、求解松弛問題得到若t＝1，則直接否則繼續操作。(2)、通過下式對進行初步修正：其中初步修正系數通過下式求得：式中為上一步的更新方向。(3)、利用下式構造一個檢測方向其中構造系數通過下式求得：式中為的坐標，為的坐標。(4)、隨機產生一組非負的記為判斷下式是否成立：(5)、對繼續進行修正，得到第t步的更新方向其中修正系數通過下式求得：如圖5所示，采用本發明提出的基于改進lr算法的兩階段c-ran載波遷移調度方法與采用現有其他遷移調度方法對虛擬基站進行載波遷移所帶來的系統總服務價值損耗對比圖。圖中橫坐標為各類型業務的具體業務數量，縱坐標為完成遷移過程所帶來的系統總服務價值損耗值。所選用的對比方法有：(1)將全部待遷移負載業務打包為一個整體同時進行遷移的方法；(2)各個待遷移負載業務隨機排隊進行遷移的方法；(3)利用遺傳算法求解遷移調度數學優化模型得到各負載業務具體遷移調度方法的方法；(4)本發明提出的基于改進lr算法的兩階段c-ran載波遷移調度方法。如圖5所示，星號標注的黑色實線為對比方法1，其完成遷移過程所帶來的系統總服務價值損耗值最大；圓圈標注的紅色實線為對比方法2，其完成遷移過程所帶來的系統總服務價值損耗值相比方法1有一定減少，但相比方法3和4能較大；加號標注的綠色虛線為對比方法3，其在待遷移業務數量較少時性能能超過本發明所提方法，但隨著業務數量的增加，其性能逐漸變差；三角標注的藍色虛線為本發明所提方法，本發明隨著待遷移業務數量的增加，性能能保持最佳。由此對比可知，本發明所提出的基于改進lr算法的兩階段c-ran載波遷移調度方法能夠有效減少遷移過程所帶來的系統總服務價值損耗。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁12