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智慧内生弹性光网络的路由与频谱资源分配研究

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智慧内生弹性光网络的路由与频谱资源分配研究

作者：王巧巧北京邮电大学

学位级别：硕士

随着5G的商用,以及区块链、云计算等多种新兴业务的兴起,对网络结构的灵活性和网络服务的多样化提出了更加严苛的要求。同时,随着人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术的高速发展,自智化成为了未来光网络发展的方向和目标,智慧内... 详细信息

随着5G的商用,以及区块链、云计算等多种新兴业务的兴起,对网络结构的灵活性和网络服务的多样化提出了更加严苛的要求。同时,随着人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术的高速发展,自智化成为了未来光网络发展的方向和目标,智慧内生成为了光网络未来的内在需求。弹性光网络(Elastic Optical Networks,EONs)中的路由与频谱分配(Routing and Spectrum Allocation,RSA)作为光网络中典型的决策任务,对于光网络整体网络性能和网络资源利用起着关键作用,是一项关键的管理和控制技术。然而目前利用AI进行决策的研究方法中,由于AI模型自身的缺陷不能满足决策的可行性和可解释性,使其在网络实际决策应用中落地存在阻碍。因此,智慧内生光网络亟需在深度融合AI技术的同时,确保资源分配结果的可行性和自适应智能性。本文针对智慧内生弹性光网络中的智能可靠路由与频谱资源分配展开深入的研究,主要的研究内容和创新点如下。(1)针对端到端AI资源分配决策存在的可行性和可解释性问题,提出了一种基于可行域优化的混合智能机制。该方法主要分为基于AI的可行域缩减和基于非AI方法的决策任务精确求解两步骤,通过将AI置于非AI求解之前,首先基于AI完成路由与频谱资源分配可行域的优化,缩减决策的可行域大小,为非AI决策提供优质的子可行域,为非AI方法指明方向,然后非AI方法在子可行域上进行精确求解。该方法将AI非线性拟合能力和非AI精确求解确保可行性的特点相互结合,深度融合AI的同时确保资源分配策略可行性和可解释性。(2)针对智慧内生弹性光网络中的智能可靠资源分配,提出了一种并行的路由和频谱可行域优化模型(Parallel Routing and Spectrum Feasible Region Shrinking,PRS-FRS)。该模型利用卷积神经网络对网络状态特征信息进行提取和压缩,并基于概率排序,根据阈值进行资源单元裁剪,保留高概率的可用资源,完成可行域的优化。为保证可行域优化的程度能够灵活地根据业务请求进行调整,提出了一种基于最短路的自适应阈值设置方法。此外,提出了基于可行域优化的混合智能路由与频谱分配算法(Hybrid Intelligent Routing and Spectrum Allocation based on Feasible Region Optimization,HI-RS A)。该算法以频隙为单位进行网络分层,并在子可行域不存在可行解的时候,通过回退保证资源分配的可行性。仿真结果表明,PRS-FRS可行域优化成功率高达94%以上,HI-RSA在确保可行性的同时,能够达到接近最优解的性能,并且具有一定的兼容性,能够提升已有算法的性能、缩减执行时间。(3)针对智慧内生弹性光网络中的智能演化资源分配,提出了基于对偶图和神经架构搜索的可行域优化算法(Primal Graph and Neural Architecture Search based Feasible Region Shrinking,PGNAS-FRS),并基于迁移学习实现自适应。PGNAS-FRS通过构建对偶图以适用卷积神经网络,并且设计进化编码,通过选择、交叉和变异自动确定合适的可行域优化模型。基于微调的迁移学习能够利用少量的样本将预训练模型迁移至目标网络环境中,实现算法的自演化。仿真结果表明,所提出的算法性能接近最优解,并且对重新训练所需样本有明显优势。

关键词：智慧内生路由与频谱资源分配混合智能可行域优化

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人工智能驱动的6G网络:智慧内生

电信科学 2020年第9期36卷 14-22页

作者：张彤任奕璟闫实彭木根北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室北京100876

为了满足智能适配人−机−物深度互联需求,第六代移动通信系统(6G)将基于全频谱、面向全场景、支撑全业务,其核心组成是智慧内生,也是驱动5G演进的趋势。探讨了人工智能驱动的6G智慧内生网络的特征与组成,描述了智慧内生网络的关键技术和... 详细信息

为了满足智能适配人−机−物深度互联需求,第六代移动通信系统(6G)将基于全频谱、面向全场景、支撑全业务,其核心组成是智慧内生,也是驱动5G演进的趋势。探讨了人工智能驱动的6G智慧内生网络的特征与组成,描述了智慧内生网络的关键技术和产业应用现状,介绍了国内外相关进展和标准化工作,也对未来的挑战进行了展望。

关键词： 6G 人工智能智能检测智慧内生

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6G智慧内生:技术挑战、架构和关键特征

移动通信 2021年第4期45卷 68-78页

作者：刘光毅邓娟郑青碧李刚孙欣黄宇红中国移动通信研究院北京100053

人工智能技术在5G网络中的应用促进了移动通信网络和垂直行业的智能化发展,但以"打补丁"和"外挂"的应用模式阻碍了AI应用效果的发挥。同时,人工智能在各行各业的应用探索,对未来网络新的基础能力提出了需求,如分布式训练、实时协作推理... 详细信息

人工智能技术在5G网络中的应用促进了移动通信网络和垂直行业的智能化发展,但以"打补丁"和"外挂"的应用模式阻碍了AI应用效果的发挥。同时,人工智能在各行各业的应用探索,对未来网络新的基础能力提出了需求,如分布式训练、实时协作推理、本地数据处理等,要求未来网络具有"内生智慧"。从5G网络智能化和6G"智慧泛在"愿景两方面出发探讨了6G智慧内生的需求,分析了AI生命周期工作流和云网络AIaa S存在的技术挑战,总结了当前各行业组织对AI功能架构的研究进展和欠缺之处,提出了6G智慧内生端到端功能部署架构及其三大技术特征:基于Qo AIS的AI全生命周期服务编排、内生AI计算与通信的深度融合、内生AI与数字孪生的融合,并对后续研究方向进行了展望。

关键词： 5G 6G 人工智能智慧内生网络智能化

6G移动信息网络架构:从通信到一切皆服务的变迁

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中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 1236-1266页

作者：刘光毅张慧敏佟舟李娜陈天骄华美慧刘超彭程晖艾明崔琪楣潘志文中国移动通信研究院北京100053 华为技术有限公司深圳518000 中信科移动通信技术股份有限公司北京100053 北京邮电大学信息与通信工程学院北京100053 东南大学信息科学与工程学院南京210096

5G与大数据、云计算和AI等技术的融合正在赋能千行百业的数字化转型,加速整个社会走向数字化和智慧化.面向2030年,社会发展的愿景将是“数字孪生、智慧泛在”,更加差异化和碎片化的业务场景将对移动通信网络提出全新的挑战,未来网络将... 详细信息

5G与大数据、云计算和AI等技术的融合正在赋能千行百业的数字化转型,加速整个社会走向数字化和智慧化.面向2030年,社会发展的愿景将是“数字孪生、智慧泛在”,更加差异化和碎片化的业务场景将对移动通信网络提出全新的挑战,未来网络将从提供信息传输服务,拓展到信息感知、传输、存储、处理、利用等全过程服务,实现从传统通信网络向移动信息网络的重大转变.为了高效实现这一转变,6G网络将通过通信、感知、大数据、计算、AI和安全等多领域技术的跨界融合,实现柔性、按需服务、至简、智慧内生、数字孪生和安全内生的网络设计,带来“按需服务”和“一切皆服务”的范式转变.本文从面向2030年的新应用需求、新技术趋势,以及5G网络面临的问题与挑战出发,分析6G网络发展的三大驱动力,提出6G网络架构的整体设计思路,并设计了“三层六面”6G网络逻辑功能架构和实际部署架构,打造一站式提供通信、感知、计算、AI、大数据和安全等服务的全新能力,全面提升6G网络的业务和场景适应能力,实现面向全行业、全场景、全生态的按需服务,在有效解决5G网络面临的高成本、高功耗、操作和维护难等主要问题的同时,全面赋能“数字孪生、智慧泛在”社会发展愿景的实现.

关键词： 6G 网络架构柔性至简按需服务智慧内生数字孪生安全内生

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6G网络智慧运营架构及演进研究

邮电设计技术 2024年第3期 32-37页

作者：张玎赵永建赵占纯李姗姗周可记刘志飞郝婧中国联通研究院北京100048

网络运营作为6G网络的一个重要基石,是实现6G愿景目标的重要保障。通过对国内外6G发展现状的研究,分析了6G典型业务和技术对网络运营的需求,提出了6G网络智慧运营的目标愿景及体系架构,并对演进趋势进行了探讨。

关键词： 6G 智慧运营意图驱动数字孪生智慧内生

内生智能和端到端服务化的6G无线网络架构设计

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无线电通信技术 2022年第4期48卷 562-573页

作者：刘光毅邓娟李娜冷昀橘田开聪中国移动通信有限公司研究院未来研究院北京100053 北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876

为了解决5G网络能耗高、结构复杂和运维管理难度大等问题,同时使得网络具备更极致的全场景适应能力,从网络功能、网络结构、网络运行三个方面对未来6G网络进行设计,实现6G网络的智慧内生和极简。在网络功能层面,提出端到端微服务化的架... 详细信息

为了解决5G网络能耗高、结构复杂和运维管理难度大等问题,同时使得网络具备更极致的全场景适应能力,从网络功能、网络结构、网络运行三个方面对未来6G网络进行设计,实现6G网络的智慧内生和极简。在网络功能层面,提出端到端微服务化的架构,通过按需功能组合与编排提升行业用户乃至个人用户定制化需求的满足能力;在网络结构层面,提出一种低、中、高多频段协同的信令广域覆盖机制及相关方案设计,实现多制式、多频段小区的统一管理,进一步降低整网信令开销、小区管理复杂度和网络能耗;在网络运营层面,不同于5G外挂式AI,提出网络内生智能设计和AI服务质量(Quality of AI Service,QoAIS)指标体系及保障机制,将AI打造成6G网络的一种基础能力和服务。最后,对内生AI网络架构中基于QoAIS的AI工作流编排方案进行了仿真分析。仿真结果表明,在性能和开销方面,三种典型方案(集中式、分布式和协同式)各有优缺点,需要针对QoAIS的具体要求,决定AI工作流中相关任务的分布,并调度所需资源,以保证QoAIS的达成。

关键词： 6G 服务化RAN 信令广域覆盖智慧内生 AI服务质量

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6G发展趋势与候选关键技术分析

信息通信技术 2023年第6期17卷 11-20+27页

作者：尤肖虎许威相红曾基业马俊超孟帆魏克军徐晓燕王强盛彬王巍季新生东南大学网络通信与安全紫金山实验室国家自然科学基金委员会高技术研究发展中心广东省技术经济研究发展中心中国信息通信研究院北京邮电大学华中科技大学

为适应未来垂直行业和用户对无线网络的多维度需求，6G需要在5G的基础上对多项技术性能指标实现量级提升。为达到6G预期的关键性能指标，需要从网络架构、空口传输、安全与智能等多层面进一步发展5G技术，推动向6G关键技术的平滑演进。... 详细信息

为适应未来垂直行业和用户对无线网络的多维度需求，6G需要在5G的基础上对多项技术性能指标实现量级提升。为达到6G预期的关键性能指标，需要从网络架构、空口传输、安全与智能等多层面进一步发展5G技术，推动向6G关键技术的平滑演进。文章首先对6G愿景与发展现状进行梳理，介绍6G关键性能指标需求，然后，对6G使能技术进行分析，遴选6G在网络架构、空口传输、网络安全和智慧内生等方面的潜在使能技术。这些使能技术将为实现6G愿景提供有力的支撑。

关键词： 6G 网络架构空口传输智慧内生网络安全

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6G愿景与需求:数字孪生、智能泛在

移动通信 2020年第6期44卷 3-9页

作者：刘光毅金婧王启星董静楼梦婷黄宇红陈志伟冯瑶中国移动通信有限公司研究院北京100053 中国移动通信集团云南有限公司云南昆明650228

面向2030年,提出"数字孪生"和"智能泛在"的社会发展愿景,探讨了全新的6G应用场景,并结合未来的新业务新服务,提炼出6G移动通信系统的技术需求指标,并提出了按需服务、极简、柔性、智慧内生和安全内生等6G网络的基本特征构想。

关键词： 5G 6G 愿景与场景需求指标极简智慧内生安全内生