基于網絡虛擬化的運營商間資源共享方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及網絡虛擬化中運營商間資源共享問題，屬于無線通信中的網絡虛擬化
技術領域。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著智能手機，筆記本和其他無線設備的日益普及，移動數據的需求量急 劇增加。為了提高移動網絡容量來滿足數據需求，移動網絡運營商使用了許多技術，如使用 多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output, MHTO)系統獲得更高速率的寬帶空中接 口技術，小型蜂窩技術等。但是這些技術提高了網絡的資本和運營支出，增加了網絡復雜 性。另外，通過獲取新的無線頻譜資源來提高系統容量的方法也需要大量的前期投資。網 絡虛擬化技術通過多個運營商共享頻譜資源和基礎設施，在提高資源利用率和系統吞吐量 的同時，減少了網絡的資本和運營支出，為解決該問題開創了嶄新的局面。軟件定義網絡 (Soft Defined Network, SDN)，通過解親控制平面和數據平面以及引入集中控制平面，被 認為是實現網絡虛擬化最有前途的技術之一。
[0003] 網絡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絡資源由 多方共享的技術。網絡虛擬化將傳統的網絡服務提供商分為成兩個新的角色：基礎設施網 絡提供商（Infrastructure Provider, InP)和服務提供商（Service Provide, SP)。SP 通 過向InP租賃資源來建立虛擬網絡以提供各種服務。網絡虛擬化顯著提高了資源利用率， 實現功能和設施的解耦，易于實現新服務和產品的擴展及管理，從而減少設備和管理成本。
[0004] SDN是一種新型網絡架構，是一種網絡控制與數據轉發相分離的網絡體系結構，并 且網絡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絡功能。雖然SDN和網 絡虛擬化是不同的技術，但二者高度互補。所以，將SDN和網絡虛擬化相結合對于有效應對 未來網絡的機遇與挑戰是十分有必要的。將SDN應用到網絡虛擬化中，有利于實現控制和 運營策略的最優化，提高網絡虛擬化的可編程性。
[0005] 基站虛擬化作為網路虛擬化的一種實現方式，可以實現不同運營商之間的頻譜和 設施共享。利用SDN的網絡架構，可以實現基站虛擬化的集中控制以及不同運營商之間的 隔離和定制化服務。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備（User Equipment，UE)的切換方法。并且，基站虛擬化也會有開 銷，需要設計一種方法實現提高系統性能和減少虛擬化開銷之間的權衡。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種網絡虛擬化中不同運營商間的資源共享方法，設計一種 基站虛擬化及虛擬化后用戶切換方法，依據不同運營商間基站是否滿足虛擬化觸發條件決 定是否進行虛擬化，以及建立虛擬化基站后通過UE切換實現資源共享。采用本發明中的資 源共享方法，能夠有效提高頻譜資源利用率，同時可通過設定不同基站虛擬化觸發條件來 實現系統吞吐量和虛擬化開銷之間的權衡。
[0007] 本發明首先給出一種基于SDN的網絡虛擬化架構，基于該網絡架構，設計出一種 不同運營商之間基站虛擬化以實現資源共享的方法，根據計算判斷基站是否滿足虛擬化觸 發條件，若滿足則進行基站虛擬化并將重負載小區中滿足切換條件的UE切換到其他運營 商的中等或輕負載小區的虛擬基站中。
[0008] 1基于SDN的網絡架構
[0009] 如圖1所示，網絡分為兩個平面：控制平面和數據平面。
[0010] 控制平面由三部分組成：控制器，數據庫和網絡虛擬化組件。不同的運營商通過 自己的網絡控制器控制他們的網絡。控制器之間可以進行通信，以交換信息。為了簡潔， 圖1中僅畫出兩個運營商A和B的控制器。數據庫存儲了整個網絡的抽象拓撲結構，以及 從數據平面收集到的關于基站和用戶的信息（例如，基站的位置、發射功率、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。網絡虛擬化組件包括兩個模塊：計算模塊和決策模塊。計算 模塊主要負責利用數據庫中的數據計算滿足切換條件的UE數量，然后將它們發送給決策 模塊。決策模塊判斷UE數量是否滿足虛擬化的觸發條件，若滿足則發送信號給基站和控制 器進行虛擬化。
[0011] 數據平面由各種異構網絡的基站組成，這些基站只負責轉發和收集數據。
[0012] 2小區負載定義及其分類
[0013] 本發明的基站虛擬化方法是在不同運營商的小區負載不均情況下進行資源共享， 首先需要給出小區負載的定義。小區負載P由該小區的PRB總數N PRB和已被該小區UE占 用的PRB個數NUE PRBs定義：
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[1]
[0015] 針對小區負載P的不同情況，小區分為以下三種：
[0016] A、重負載小區。若小區負載P滿足0.9〈P彡1，則該小區為重負載小區。
[0017] B、中等負載小區。若小區負載P滿足0.5〈P彡0.9,則該小區為中等負載小區。
[0018] C、輕負載小區。若小區負載P滿足0彡P彡0.5,則該小區為輕負載小區。
[0019] 3運營商間資源共享方法
[0020] 假設以下場景中不同運營商之間負載不均衡，運營商A的大多數小區為重負載小 區，而運營商B的大多數小區為中等或輕負載小區。運營商B的中等或輕負載小區中的基 站可以虛擬化為兩個虛擬基站，一個用于服務本小區的UE，另一個供運營商A使用。運營 商A的重負載小區的UE切換到虛擬基站，即使他們切換過后的SINR值略低于原小區中的 SINR值。具體的基站虛擬化過程如下：
[0021] 1)若運營商A的第i個小區 < 為重負載小區，Cf的基站發送測量配置信息給該 小區的UE。若0 1中的第k個UEuk也在運營商B的第j個小區 < 的覆蓋范圍內，且C；為 中等或輕負載小區，則UEuk將測量其在本小區Cf中的SINR值W&jX)和其在運營商B 小區Cf中的SINR值。
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[2]
[0023] 其中Pc是小區C基站的發射功率，x是UEu J小區C基站的距離，H x是小區C基 站到UEuk的信道增益，a是路損指數，N。是噪聲功率。由于運營商A，B是異頻的，所以I c 表示用戶收到來自運營商A或B中其他小區C'的干擾，
[0024]
[0025] 其中，Pe，是其他小區C'的發射功率，y是UEuk到其他小區C'基站的距離，1是 其他小區C'基站到UEu k的信道增益。小區G的UE將測量到的兩個SINR值 和報告給小區g的基站。
[0026] 2)小區Cf的基站將收到的SINR值發送給控制平面的數據庫。小區CJ的基站將 其未被UE占用的PRB數量N left發送給數據庫。數據庫存儲下這些信息供控制平面的其他 組件使用。同時，小區C/的基站發送虛擬化請求信號給網絡虛擬化組件以告知自己是重負 載小區需要一個虛擬基站。
[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，網絡虛擬化組件的 計算模塊中設定一個UE切換門限SINR th_ (該門限可由運行商根據網絡情況設定），只有滿 足以下條件的UE才有可能