软件定义多层资源优化架构探讨

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：在传统的体系结构中，业务供应方案只考虑一种资源，例如无线或BBU。因此，GES是基于所提议的架构引入的。基于软件定义的C-RoFN中具有网络功能虚拟化的MSRO架构。其次，水平方向通过合并OC和BC，可以实现光网络和BBU资源多层资源整合的全局跨层优化。图9-19基于网络功能虚拟化的光与无线网络中多层资源优化架构为了实现该功能架构，需要扩展RC、OC和BC以支持MSRO，如图9-20所示。

C-RAN将所有基站的计算资源都聚集到一个BBU池中，而分布式的无线频率信号则由RRH收集，并通过光传输传输到平台。RRH执行基站的无线频率功能，而BBU则处理基带处理功能。前传[4]被定义为“RRH”和“BBU”的一部分，并按地理位置分布分割无线基站，以提供无线覆盖。作为一种典型的技术，EON满足了互连要求，从而形成了与EON连接的增强型C-RAN，这被称为光与无线网络（C-RoFN）。由于移动互联网用户数量呈指数增长，所以移动应用的数量急剧增加，互联网内容更加丰富，在计算中，RRH和BBU之间的交互或资源调度变得更加复杂，而在传统架构中无法保证业务质量。此外，许多学者在IP网络和光网络方面已经对使用OpenFlow协议的SDN进行了广泛的研究，特别是在光的包/突发开关、固定和灵活网格接入、地下和主干网络等方面。具有SDN控制的MSRO体系结构可以很好地解决传统架构无法保证业务质量的问题。它将C-RoFN基础设施作为通过NFV的各种资源来虚拟化，然后这些资源可以通过SDN控制器在无线、光和BBU领域中统一地进行编排。在传统的体系结构中，业务供应方案只考虑一种资源，例如无线或BBU。很少有方案能够在实际的架构和环境下，在全局范围内组合多个层次的资源。因此，GES是基于所提议的架构引入的。MSRO的内在驱动架构在软件定义C-RoFN中可以打破无线、光网络和BBU域的限制，基于OpenFlow的增强软件定义C-RoFN实现多个层集成和跨层优化，是一个可以分配和优化无线、光网络和BBU资源，可以进行有效控制的开放系统。

基于软件定义的C-RoFN中具有网络功能虚拟化的MSRO架构。EON通过BBUs连接部署了网络和处理（如计算和存储）层资源。分布式的RRHs是相互连接的，并聚合成EON，它为无线信号分配了定制的频谱。注意，C-RoFN包含3个层次：无线资源、光网络频谱资源和BBU处理资源。优化多层资源的网络模式由两个方向进行。一个是从资源形式的角度出发的，光和计算资源是沿东西方向跨光网络和BBU层相互连接的，这被称为“异质-交叉层”。另一个是从负载能力角度出发的，在纵向上建立了多层的互联网络，这被称为“多层携带”。基于上述虚拟化的网络功能模式，在此架构中形成了3个MSRO应用程序：RRHs（例如协作性无线）、从RRH到BBU的业务，以及BBUs之间的资源调度（例如虚拟资源迁移的BBU）。图9-19显示了C-RoFN的网络模式和应用程序场景之间的逻辑关系。每个资源层都可以用OpenFlow协议（OFP）定义，并可由一个无线控制器（Radio Controller，RC）、一个光控制器（Optical Controller，OC）和一个BBU控制器（BBU Controller，BC）控制。为了实现对MSRO的异构资源控制，需要通过OFP代理的OpenFlow使能RRH，这种方式被称为“OF-RRH”。请注意，我们可以通过OFP代理选择不同的调制格式和无线频率。在C-RoFN中，MSRO架构有3个重要特性。首先，MSRO可以增强RC和OC之间的相互作用，以克服多层覆盖网络产生的相互作用的障碍，有效地实现了无线与光网络的垂直整合。其次，水平方向通过合并OC和BC，可以实现光网络和BBU资源多层资源整合的全局跨层优化。最后，基于两个方向的资源整合，全局资源评估和分配得在MSRO架构下实现优化无线、光和BBU层资源，提高端到端QoS。

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图9-19　基于网络功能虚拟化的光与无线网络中多层资源优化架构

为了实现该功能架构，需要扩展RC、OC和BC以支持MSRO，如图9-20所示。嵌入在OF-BVOS中的OFP代理软件维护了光流表和模型节点信息，并将内容映射到控制物理硬件上。为了对C-RoFN的MSRO进行控制，在流表中扩展了OFP的流量。在这个架构中，规定了输入/输出端口、通道间距、网格、中央频率、频谱带宽、无线频率的内容，这是C-RoFN的主要特征。节点的操作主要包括4种类型：添加、切换和删除带有指定适配器功能的端口/标签的路径（例如调制格式），并删除一条恢复原始设备状态的路径。各功能模块如图9-21所示。

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图9-20　C-RoFN架构和相应的网络模块

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图9-21　3个功能模块：无线、光网络和BBU控制器

（1）无线控制器

RC的无线频率监测模块可以获得和管理虚拟无线资源，而射频分配模块使用OFP为计算路径执行无线频率分配。这些信息可以通过光-无线接口在RC和OC之间进行交互。

（2）BBU控制器

BC定期获得BBU资源信息，或基于事件的触发器，通过BBU监控模块。为了方便地使用光网络和BBU处理层资源的CSO进行路径计算，BC的CSO代理是通过OBI和RBI接口与OC和RC交互的通信模块，定期地或基于事件触发等方式提供计算和存储资源。

（3）光控制器

业务请求到来时，MSRO控制模块执行GES，在考虑无线、光和BBU资源后（将在下一节中讨论），它可以决定哪些BBU节点资源迁移或容纳相应RRH目的地。业务服从泊松分布。业务间隔时间T服从指数分布：P（T≤t）=1-e-λt。这里λ表示业务的平均到达率，而1/λ表示业务的平均间隔时间。同样业务持续时间v遵循负指数分布：P（v≤t）=1-e-μt。μ表示平均业务率，1/μ表示平均业务时间。然后，MSRO控制模块依次向路径计算单元（PCE）模块提供这个请求，包括请求参数（例如延迟和带宽），并最终返回一个成功的回复，包括供应路径的信息。在接收来自BC的处理资源信息后，可以在考虑光网络和BBU资源的CSO的情况下，在PCE模块中完成从RRH到BBU的端到端路径计算。当路径成功设置时，路径的信息将被保存到OC的数据库中，它可以与网络虚拟化模块交互，并为MSRO存储虚拟网络和BBU源。

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