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服务化无线接入网架构及无线资源分配算法研究

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服务化无线接入网架构及无线资源分配算法研究

作者：郑兴运西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)技术的商用和第六代移动通信系统(6th Generation Mobile Communication System,6G)技术的发展,垂直行业、物联网等新型业务和应用场景日益丰富,导致业务需求愈... 详细信息

随着第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)技术的商用和第六代移动通信系统(6th Generation Mobile Communication System,6G)技术的发展,垂直行业、物联网等新型业务和应用场景日益丰富,导致业务需求愈发丰富多样、性能指标要求日益严苛。为了解决上述问题,5G核心网提出了服务化架构(Service Based Architecture,SBA),即将传统核心网点对点通信的网元进一步细化拆分为网络功能,实现了核心网的快速部署、灵活配置和管控。并针对业务特性灵活组合网络功能,实现了核心网切片,满足不同业务的差异化需求。然而,无线接入网(Radio Access Network,RAN)由于其无线环境复杂、应用场景多样化,导致其架构开放式设计更具有挑战性。此外,业务需求的动态变化使得基于开放式架构研究定制化RAN切片困难很大。因此,研究服务化RAN架构和RAN切片资源动态分配算法十分迫切。针对上述问题,本文研究了服务化RAN架构及无线资源分配算法。首先,设计了“四层三面”的服务化RAN架构,该架构具备部署灵活、功能易扩展的特性,可支持无线网络资源的按需、高效分配。其次,针对网络切片的多样化导致切片关键性能指标差异化的现象和切片的性能与运营成本的权衡问题,探索了基于深度强化学习联合优化多维性能和计算成本分配时频资源,可支撑服务化RAN的灵活配置和管理。本文的研究内容如下:(1)本文提出一种服务化RAN架构,并进行了平台实现。首先,将RAN抽象为“四层三面”,其中“四层”由上至下依次为应用层、功能层、虚拟化层、基础设施层,“三面”分别为用户面、控制面和管理编排面,通过虚拟化和引入无线网络的可编程性对无线网络基础设施进行灵活重新配置和管理。其次,该架构借鉴SBA和微服务思想对其进行了服务化设计,基于RAN的特性将其控制面解耦为无线资源控制功能、策略配置功能、服务质量(Quality of Service,Qo S)分析功能和状态监控功能,功能之间统一采用超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol,HTTP)完成服务的获取与提供。然后,根据不同类型的网络应用对无线资源、传输参数和传输机制的需求不同,设计相应的模板;并利用Kubernetes实现模板实例化,从而实现服务化RAN的按需重构和管理。最后,在通用服务器上,基于开源软件搭建了服务化RAN实验验证平台,测试分析表明所提架构可以提升服务更新速度和响应速度,降低信令开销和配置资源命令执行时间。(2)面向高速率传输需求的增强移动宽带(enhanced Mobile Broadband,e MBB)切片和低时延需求的超可靠和低延迟通信(Ultra Reliable and Low Latency Communication,URLLC)切片,联合优化切片多维性能指标和基站运营成本,构建了系统累积效用函数最大化问题。并在满足给用户分配的无线资源不超过总带宽资源、URLLC切片速率不小于速率下限和e MBB切片服务时延不大于服务时延上限的约束条件下,通过最优化时频资源分配,以支撑服务化RAN的资源灵活配置。本文研究考虑了不同类型切片的性能差异和运营成本来分配无线资源,将效用函数定义为e MBB切片的速率收益、URLLC切片的时延收益和基站计算资源成本的加权和。其次,由于传统优化算法存在长期优化目标计算复杂、求解困难的问题,将该模型建模为马尔可夫决策过程,采用双深度Q网络(Double Deep Q Network,DDQN)算法求解,结合约束将系统效用函数作为条件奖励,在一个物理网络上动态分配有限的时频资源实现最大化累积奖励。最后,仿真结果表明,本文设计的基于DDQN的效用优化资源分配算法和基于DQN的效用优化资源分配算法、传统单性能优化资源分配算法以及静态均匀分配算法相比,在满足用户Qo S的同时,可以实现更高的带宽利用率和更低的计算能耗。

关键词：服务化架构无线接入网无线资源分配双深度Q网络计算能耗

一种服务化架构和无状态实现的云原生vBRAS方案

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电子技术与软件工程 2022年第7期 33-38页

作者：徐伟杰余晓颖周振勇章建聪华信咨询设计研究院有限公司浙江省杭州市310051

本文在对云就绪vBRAS方案分析的基础上,提出一种云原生vBRAS方案。该方案对vBRAS控制面进行服务化架构重构,通过无状态化实现VNFC来满足弹性缩放需求,并给出容灾方案以保障可靠性。

关键词： vBRAS 云原生网络功能服务化架构无状态实现容灾方案

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5GC服务化架构部署与运维的难点浅析

电信科学 2020年第S1期36卷 66-74页

作者：鲍洁茹朱震宇中国电信股份有限公司上海分公司上海202150 中国电信股份有限公司上海分公司青浦电信局维护中心上海201702

以5G核心网引入服务化架构、重构NFV框架为切入点,比对上海电信LTE现网结构,从市场业务驱动和网络演进需求出发,针对重构移动通信网络架构下网络部署的难点展开分析,着眼于解耦能力、切片编排、4G/5G融合等方面进行思考,结合后续运维的... 详细信息

以5G核心网引入服务化架构、重构NFV框架为切入点,比对上海电信LTE现网结构,从市场业务驱动和网络演进需求出发,针对重构移动通信网络架构下网络部署的难点展开分析,着眼于解耦能力、切片编排、4G/5G融合等方面进行思考,结合后续运维的需求提出参考建议。

关键词：网络架构服务化架构网络演进网络部署与运维

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5G服务化网络架构研究

信息通信技术与政策 2018年第11期 31-35页

作者：刘超王丹中国移动研究院网络与IT技术研究所

5G网络从IT化、互联网化、极简化、服务化4个系统设计理念出发,借鉴业界成熟的SOA、微服务架构等理念,结合电信网络的现状、特点和发展趋势,对网络架构进行了革新性的设计,定义了全新的服务化网络架构。这意味着5G网络真正走向开放化、... 详细信息

5G网络从IT化、互联网化、极简化、服务化4个系统设计理念出发,借鉴业界成熟的SOA、微服务架构等理念,结合电信网络的现状、特点和发展趋势,对网络架构进行了革新性的设计,定义了全新的服务化网络架构。这意味着5G网络真正走向开放化、服务化、软件化,有利于实现5G与垂直行业融合发展。本文从需求驱动和技术驱动两方面分析了架构革新的必要性和必然性,详述了服务化架构设计的思路,包括架构重构、服务化框架、微服务的设计以及IT化的服务接口,提出了一种更加高效、灵活、解耦的分布式服务化架构。

关键词： 5G 服务化架构服务化接口微服务

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战术指挥信息系统服务化架构

指挥信息系统与技术 2013年第6期4卷 37-41页

作者：严红万谦中国电子科技集团公司第二十八研究所南京210007

分析了陆军战术指挥信息系统面向未来服务化发展需求,借鉴了美陆军系统架构和技术解决途径,并结合野战系统通信特点、服务化与网络化系统技术理念,提出了基于战术机动服务单元的战术级服务化系统架构,以及适应战术环境的混合型软件体系... 详细信息

分析了陆军战术指挥信息系统面向未来服务化发展需求,借鉴了美陆军系统架构和技术解决途径,并结合野战系统通信特点、服务化与网络化系统技术理念,提出了基于战术机动服务单元的战术级服务化系统架构,以及适应战术环境的混合型软件体系架构设计。

关键词：战术指挥信息系统服务化架构网络化系统体系架构

一种服务化架构的电网接线图多终端监视控制框架

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电工技术 2020年第23期 152-154页

作者：周季峰吉翔华陈潇鹏王黎黎卞瑞祥南京南瑞继保电气有限公司江苏南京211102

提出一种电力系统调度自动化系统中电网接线图多终端监视控制框架。基于服务化架构,后端统一提供各种图形应用服务,前端通过多种类型终端进行监视控制,丰富了电网接线图的监视控制手段,降低了部署难度,可适应广域、窄带网络监视控制环境。

关键词：服务化架构电网接线图多终端

一种基于服务化架构的广电PaaS服务治理云平台方案

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有线电视技术 2019年第6期26卷 30-34页

作者：郑智伦李海波广东省广播电视网络股份有限公司

传统垂直架构在面临业务多样化、需求个性化的场景时,难免会形成一些相对独立的封闭系统,系统内部的模块很难复用,造成重复建设、可管理性差等一系列问题。本文提出的一种基于服务化架构的广电PaaS服务治理云平台方案,通过搭建服务治理... 详细信息

传统垂直架构在面临业务多样化、需求个性化的场景时,难免会形成一些相对独立的封闭系统,系统内部的模块很难复用,造成重复建设、可管理性差等一系列问题。本文提出的一种基于服务化架构的广电PaaS服务治理云平台方案,通过搭建服务治理框架、构建服务功能组件、制定服务管理策略、解耦现网系统能力等方式,实现统一调度、能力共享,符合广电云平台未来发展的趋势,为众多广电网络运营商提供了一套可参考的解决方案。

关键词：服务化架构服务治理云平台

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5G核心网服务化架构演进研究

电子技术应用 2020年第11期46卷 48-51页

作者：王恒中国电信股份有限公司研究院北京102209

在3GPP Release 15阶段,服务化架构项目主要完成了服务发现的机制,但网元间通信采用的还是直接通信方式,这种点对点的通信方式在未来复杂的网络环境中极难维护,同时网元本身的可靠性也没有成熟的保障手段。主要研究5G核心网服务化架构... 详细信息

在3GPP Release 15阶段,服务化架构项目主要完成了服务发现的机制,但网元间通信采用的还是直接通信方式,这种点对点的通信方式在未来复杂的网络环境中极难维护,同时网元本身的可靠性也没有成熟的保障手段。主要研究5G核心网服务化架构演进方向,具体分析基于服务通信代理的间接通信方式,给出服务通信代理的优势与部署建议;分析网元集合与网元服务集合的高可靠性机制,给出网元卸载存储、转发功能以及专注计算的演进方向。

关键词：服务化架构 5G核心网

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持续演进的5G服务化网络架构

邮电设计技术 2018年第11期 29-34页

作者：李海民何珂大唐移动通信设备有限公司陕西西安710061

随着SDN/NFV技术在电信设备中的应用,软件和硬件实现了解耦,运营商可降低CAPEX和OPEX,同时增加网元功能部署的灵活性。移动通信核心网架构的演进主线,从优化性能、降低成本为主要目标的控制转发分离技术,正逐渐转向以提升移动网络的盈... 详细信息

随着SDN/NFV技术在电信设备中的应用,软件和硬件实现了解耦,运营商可降低CAPEX和OPEX,同时增加网元功能部署的灵活性。移动通信核心网架构的演进主线,从优化性能、降低成本为主要目标的控制转发分离技术,正逐渐转向以提升移动网络的盈利能力,实现业务快速上线为主要目标的服务化架构技术,并将沿着这条主线持续演进。回顾了以控制转发分离为主线的移动通信核心网架构演进的历程,从支持业务快速上线的角度分析了5G服务化网络架构的优势,并通过对5G服务化架构的演进需求分析,给出了未来核心网架构演进的一些建议。

关键词：服务化架构核心网 5G 控制转发分离