接入网融合组网与资源管理研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xuelin_1985
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接入网直接面向用户,规模大、覆盖范围广、技术方式多样。其中无线接入与光纤接入是当前接入网中两种应用广泛且具备长远发展前景的接入方式,光与无线接入网(Fiber-Wireless access networks,FiWi接入网)融合这两种接入技术,兼具无线接入灵活、无缝覆盖和光纤接入高带宽、低时延的优势,利于提升接入网性能。另外随着近些年增强现实、虚拟现实、物联网、自动驾驶等计算密集时延敏感型业务的兴起,边缘计算将丰富的计算资源部署在网络边缘,就近支撑这些业务,利于保障较低的时延,拓展接入网功能。要提升接入网性能,并利用接入网支撑这些新兴应用,需要同时实现光与无线融合、接入网与边缘计算融合,解决接入网的异构异质融合问题。此外为充分发挥FiWi接入网与边缘计算的优势和特点,还需要应对网络资源和计算资源统一调度管理带来的挑战,以提升资源利用率,适应新兴业务的性能要求。本文针对上述异构异质接入网融合组网问题、网络资源和计算资源统一调度管理问题展开研究,主要研究工作及创新点如下:1)提出一种与边缘计算结合的光与无线接入网融合组网方案,基于该方案分别提出低时延网络拓扑构建算法和针对网络拓扑意外变化的快速虚拟网络拓扑重构算法。本文所提接入网融合组网方案,基于网络虚拟化,FiWi接入网进一步与边缘计算相结合,构成异构异质的融合接入网。融合接入网除提供传统的接入功能外,还提供计算功能。融合接入网中边缘计算为业务就近提供丰富的计算资源,FiWi接入网提供接入功能的同时为多个边缘计算节点间资源的灵活调度提供网络支撑。为有效支持融合组网与资源调度管理,本文提出一种低时延无标度网络拓扑构建算法(Scale-free Topologies Construction algorithm for Low Delay,STCLD 算法),用于构建低时延网络拓扑;另外提出一种快速虚拟网络拓扑重构算法(Efficient Topology Reconfiguration algorithm,ETR算法),用于恢复遭意外变化的网络拓扑的性能。实验结果表明STCLD算法可以降低网络平均路径长度,并降低网络时延;ETR算法可以快速恢复遭受意外变化的网络拓扑性能。2)提出融合接入网中边缘计算多节点资源联动方案和资源集中调度算法(Centralized Resource Scheduling algorithm,CRS 算法)。为解决单个边缘计算节点资源有限,难以满足短期突发增长的业务卸载请求,提出融合接入网中边缘计算多节点资源联动方案,利用FiWi接入网支撑边缘计算多节点间资源调度所需高带宽、低时延的数据传输,通过网络虚拟化对网络资源和计算资源进行集中控制管理,使用周边节点的空闲资源执行计算任务;以此为基础提出边缘计算多节点资源集中调度管理算法(即CRS算法),优化网络资源和计算资源调度策略。这种方式响应迅速,无需部署新资源,更为经济。实验表明上述方案与算法能够满足更多用户的卸载请求,大幅降低计算任务的平均完成时间。3)面向连续型业务提出能耗约束下平均响应时间优化的卸载算法(Response Time-Improved Offloading algorithm with Energy Constraint,RTIOEC 算法)增强现实、虚拟现实、自动驾驶等连续型业务是在应用中用户会持续进行操作的业务,在业务发起初期为业务卸载调度所需资源时,不确定用户后续会怎样操作,所以连续型业务的用户操作数、支撑每个用户操作对应的计算所需上传和下载数据量以及执行该计算所需的中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)周期在资源调度时均为未知参数,本文对这一场景利用随机参数描述上述未知参数,抽象出能耗约束下的多用户平均响应时间优化问题,为此提出能耗约束下平均响应时间优化的卸载算法(即RTIOEC算法),在部分业务参数缺失情况下,优化融合接入网网络资源和计算资源调度。实验结果表明RTIOEC算法在参数未知的情况下可以控制约束条件的违背比率,满足大多数用户的节能需求,显著降低业务的平均响应时间,在解决面向连续型业务的资源调度问题中有突出优势。
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