本發(fā)明屬于通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種基于改進(jìn)lr算法的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
：隨著人們對通信質(zhì)量和通信形式要求越來越高，傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已無法應(yīng)對，為了解決傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的不足，中國移動提出了一種新型通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)—c-ran。該架構(gòu)通過將處理資源集中化放置來構(gòu)造一個基帶資源池，并通過虛擬化和軟件無線電技術(shù)將處理資源抽象成一個個虛擬的基站來向通信用戶提供服務(wù)，從而極大的節(jié)省了站點的建設(shè)維護(hù)及擴(kuò)容升級成本。c-ran中的載波遷移機(jī)制是基帶池實現(xiàn)資源共享、熱點消除及容災(zāi)容錯功能的關(guān)鍵所在，其實質(zhì)即為將高負(fù)載虛擬基站中的部分負(fù)載業(yè)務(wù)通過實時無感知的預(yù)拷貝遷移技術(shù)遷移到低負(fù)載的虛擬基站當(dāng)中繼續(xù)處理的過程。如何為高負(fù)載虛擬基站中的待遷移負(fù)載業(yè)務(wù)確定一種具體的遷移調(diào)度方法是c-ran載波遷移機(jī)制中的一大關(guān)鍵問題?，F(xiàn)有的載波遷移調(diào)度策略是將虛擬基站中的全部待遷移負(fù)載業(yè)務(wù)打包為一個整體同時進(jìn)行預(yù)拷貝遷移操作，然而此種遷移策略由于其首輪需傳輸?shù)膬?nèi)存頁數(shù)據(jù)量十分巨大，并且由于在遷移過程中業(yè)務(wù)仍是在正常運行著的，每個業(yè)務(wù)的正常運行都需要占用一部分帶寬資源供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的上下行傳輸，所以此刻可用的遷移帶寬十分小，從而導(dǎo)致現(xiàn)有載波遷移調(diào)度策略存在遷移過程時間花費巨大，會嚴(yán)重影響虛擬基站中負(fù)載業(yè)務(wù)正常運行的問題。針對該問題可以把遷移的粒度縮小，以單個獨立的負(fù)載業(yè)務(wù)作為調(diào)度單位進(jìn)行遷移，每次僅遷移一個負(fù)載業(yè)務(wù)，該負(fù)載業(yè)務(wù)遷移完畢之后再遷移下一個負(fù)載業(yè)務(wù)，如此排隊進(jìn)行來完成整個遷移過程，則可以有效避免現(xiàn)有遷移策略中會嚴(yán)重影響虛擬基站中負(fù)載業(yè)務(wù)正常運行的問題，提高運營商的業(yè)務(wù)收益。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于改進(jìn)lr算法的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于改進(jìn)lr算法的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法，所述基于改進(jìn)lr算法的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法包括以下步驟：步驟一，獲取待遷移虛擬基站中負(fù)載業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)類型特征以及各具體負(fù)載業(yè)務(wù)運行時的相關(guān)變量；步驟二，根據(jù)獲取的業(yè)務(wù)類型特征及相關(guān)變量，以業(yè)務(wù)中斷時間不能超過最大時延要求、完成整個遷移過程的耗時不能超過最大允許遷移時長為約束條件，建立基于系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗最小的遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型；步驟三，利用基于改進(jìn)lr算法的兩階段遷移調(diào)度模型求解方法求解遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，得到最終的遷移調(diào)度方法。進(jìn)一步，所述步驟一中：待遷移虛擬基站負(fù)載業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)類型特征包括：業(yè)務(wù)最大時延要求τ_th，單位：ms、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸速率rate，單位：mbps；以及業(yè)務(wù)價值權(quán)重price；各具體負(fù)載業(yè)務(wù)運行時的相關(guān)變量包括：業(yè)務(wù)正常運行時所需的處理資源量rc，單位：mops；單位處理資源的占用對業(yè)務(wù)的處理時延影響系數(shù)δτ；業(yè)務(wù)在運行時具有的內(nèi)存頁數(shù)據(jù)量m_data，單位：mb；臟頁產(chǎn)生速率dirty，單位：mbps；以及達(dá)到停止-拷貝階段的臟頁閥值dirty_th，單位：mb。進(jìn)一步，所述步驟二中基于系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗最小的遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型為：進(jìn)一步，所述步驟三具體包括：第一步，對待遷移虛擬基站內(nèi)的負(fù)載業(yè)務(wù)進(jìn)行分組并確定各“業(yè)務(wù)組”的遷移優(yōu)先級；第二步，調(diào)整遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型以得到各個業(yè)務(wù)組的遷移調(diào)度子模型，并利用改進(jìn)的lr算法求解各個業(yè)務(wù)組的遷移調(diào)度子模型，得到最終的遷移調(diào)度方法。進(jìn)一步，所述第一步具體包括：(1)將屬于不同類型的負(fù)載業(yè)務(wù)置于不同的業(yè)務(wù)組內(nèi)，即將具有相同業(yè)務(wù)特征：[τ_thi,ratei,pricei]；的負(fù)載業(yè)務(wù)vij置于同一個業(yè)務(wù)組內(nèi)，可將業(yè)務(wù)組記為vi；將num個待遷移負(fù)載業(yè)務(wù)分為m個業(yè)務(wù)組：[v1,v2,…vi…,vm]；(2)優(yōu)先級函數(shù)prf(vi)來確定各“業(yè)務(wù)組”的遷移優(yōu)先級：其中b_all為虛擬基站的總帶寬資源量。進(jìn)一步，所述第二步具體包括：(1)業(yè)務(wù)組vk內(nèi)被調(diào)度在第j個次序進(jìn)行遷移的負(fù)載業(yè)務(wù)，記為所具有的遷移帶寬調(diào)整為：(2)在虛擬基站中停留的時間調(diào)整為：其中表示優(yōu)先級高于vk的其他業(yè)務(wù)組全部完成遷移的總時長，當(dāng)k＝1時這一項為0；(3)在虛擬基站中停留的這段時間內(nèi)，得受到的服務(wù)價值損耗為：其中：(4)得到業(yè)務(wù)組vk的遷移調(diào)度子模型：進(jìn)一步，所述第二步中：改進(jìn)后的lr乘子更新方法為：其中更新步長仍采用原有方法中的計算方法。第t步的更新方向通過下列操作得到：(1)、求解松弛問題得到若t＝1，則直接否則繼續(xù)操作。(2)、通過下式對進(jìn)行初步修正：其中初步修正系數(shù)通過下式求得：式中為上一步的更新方向。(3)、利用下式構(gòu)造一個檢測方向其中構(gòu)造系數(shù)通過下式求得：式中為的坐標(biāo)，為的坐標(biāo)。(4)、隨機(jī)產(chǎn)生一組非負(fù)的記為判斷下式是否成立：(5)、對繼續(xù)進(jìn)行修正，得到第t步的更新方向其中修正系數(shù)通過下式求得：本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果為：以單個負(fù)載業(yè)務(wù)作為調(diào)度單位進(jìn)行調(diào)度遷移的策略，并建立一個基于系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗的遷移調(diào)度優(yōu)化模型，所建立的模型針對np-hard問題的啟發(fā)式求解方法無法適用于載波遷移這種對求解速度要求較高的場景。本發(fā)明采用一種兩階段的近似求解方法：第一階段對負(fù)載業(yè)務(wù)進(jìn)行分組并確定各業(yè)務(wù)組的遷移優(yōu)先級；第二階段通過lr算法來求解各業(yè)務(wù)組的遷移調(diào)度子模型，以得到具體的遷移調(diào)度方法。與此同時，針對第二階段中要用到的lr算法存在lr乘子的迭代更新方向容易偏離最優(yōu)方向的問題，提出了一個方向修正的改進(jìn)策略。本發(fā)明能夠有效降低c-ran基帶池中虛擬基站進(jìn)行載波遷移時帶來的遷移代價(見圖5)；有效解決了現(xiàn)有c-ran載波遷移調(diào)度方法存在遷移耗時長、代價高的缺點，極大降低了完成遷移過程所帶來的系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例提供的基于改進(jìn)lr算法的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法流程圖。圖2是本發(fā)明實施例提供的兩部分負(fù)載業(yè)務(wù)對業(yè)務(wù)vij造成影響的示意圖。圖3是本發(fā)明實施例提供的遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型的兩階段求解方法示意圖。圖4是本發(fā)明實施例提供的四部分負(fù)載業(yè)務(wù)對“業(yè)務(wù)組”中負(fù)載業(yè)務(wù)造成影響的示意圖。圖5是本發(fā)明實施例提供的基于改進(jìn)lr算法的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法與其他遷移調(diào)度方法的性能對比圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的基于改進(jìn)lr算法的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法包括以下步驟：參見圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種基于改進(jìn)lr算法(拉格朗日松弛算法)的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法，包括以下實現(xiàn)步驟：s101：獲取待遷移虛擬基站中負(fù)載業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)類型特征以及各具體負(fù)載業(yè)務(wù)運行時的相關(guān)變量；s102：根據(jù)獲取的業(yè)務(wù)類型特征及相關(guān)變量，以業(yè)務(wù)中斷時間不能超過最大時延要求、完成整個遷移過程的耗時不能超過最大允許遷移時長為約束條件，建立基于系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗最小的遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型；s103：利用基于改進(jìn)lr算法的兩階段遷移調(diào)度模型求解方法求解遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，得到最終的遷移調(diào)度方法。步驟s101中待遷移虛擬基站負(fù)載業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)類型特征包括：業(yè)務(wù)最大時延要求τ_th(單位：ms)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸速率rate(單位：mbps)以及業(yè)務(wù)價值權(quán)重price；步驟s1中所述的各具體負(fù)載業(yè)務(wù)運行時的相關(guān)變量包括：業(yè)務(wù)正常運行時所需的處理資源量rc(單位：mops)、單位處理資源的占用對業(yè)務(wù)的處理時延影響系數(shù)δτ、業(yè)務(wù)在運行時具有的內(nèi)存頁數(shù)據(jù)量m_data(單位：mb)、臟頁產(chǎn)生速率dirty(單位：mbps)以及達(dá)到“停止-拷貝”階段的臟頁閥值dirty_th(單位：mb)；參數(shù)具體數(shù)值如表1所示。表1待遷移虛擬基站負(fù)載業(yè)務(wù)相關(guān)參數(shù)負(fù)載業(yè)務(wù)類型編號12345678τ_th(ms)55102040801001000rate(mbps)5.7614.41.283.840.060.1280.2425.6price0.190.240.140.170.030.050.080.1rc(mops)5112611.425.6689.512δτ0.60.80.450.40.360.360.250.08m_data(mb)801402060581280dirty(mbps)2.255.50.51.50.0250.050.14.5dirty_th(mb)0.0280.0720.0130.0780.00240.010.0240.12步驟s102中建立遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型具體過程如下：模型的決策變量為虛擬基站進(jìn)行載波遷移時所采用的遷移調(diào)度方法其中xij＝k，k為1到num之間的一個整數(shù)，m為業(yè)務(wù)類型數(shù)，nm為m類型業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)數(shù)目，num為虛擬基站中的待遷移業(yè)務(wù)總數(shù)目，即：中的任意兩個元素取值不同，xij＝k表示：vi類型業(yè)務(wù)的第j個負(fù)載業(yè)務(wù)vij被調(diào)度到第k個次序進(jìn)行遷移。在高負(fù)載的“亞健康”狀態(tài)下，負(fù)載業(yè)務(wù)vij在虛擬基站中停留的這段時間t_lossij內(nèi)會受到其他負(fù)載業(yè)務(wù)影響而產(chǎn)生一定的服務(wù)價值損耗p_lossij。負(fù)載業(yè)務(wù)vij在虛擬基站中停留的時間t_lossij包括兩部分：第一部分為vij的遷移過程耗時t_migij：按照遷移調(diào)度方法當(dāng)輪到負(fù)載業(yè)務(wù)vij進(jìn)行遷移時，vij可用的遷移帶寬b_migij為：其中band為虛擬基站在遷移開始時所具有的空閑帶寬。forder(xij,xpq)為一個遷移次序判定函數(shù)，若xij＜xpq，即在方案中負(fù)載業(yè)務(wù)vij先于vpq遷移，則forder(xij,xpq)取0；反之則forder(xij,xpq)取1；即：則負(fù)載業(yè)務(wù)vij的整個遷移過程的時間花費t_migij為：其中第二步分為vij在遷移隊列中排隊等待遷移的時間t_waitij：則t_lossij＝t_migij+t_waitij。如圖2所示，負(fù)載業(yè)務(wù)vij在虛擬基站中停留的這段時間t_lossij內(nèi)，會受到其他兩部分負(fù)載業(yè)務(wù)影響而造成服務(wù)價值損耗：第一部分為調(diào)度在負(fù)載業(yè)務(wù)vij之前遷移的負(fù)載業(yè)務(wù)：負(fù)載業(yè)務(wù)僅是在自身停留的這段時間內(nèi)會對vij造成影響，當(dāng)它們遷移完畢時對vij的影響也隨之消失，故這部分負(fù)載業(yè)務(wù)對vij造成的服務(wù)價值損耗為p_lossij_parta：第二步分為調(diào)度在負(fù)載業(yè)務(wù)vij之后遷移的負(fù)載業(yè)務(wù)：負(fù)載業(yè)務(wù)在vij停留的整個時間內(nèi)都會對vij造成影響，故這部分負(fù)載業(yè)務(wù)對vij造成的服務(wù)價值損耗為p_lossij_partb：從而負(fù)載業(yè)務(wù)vij在虛擬基站完成載波遷移的這個過程中，受到的服務(wù)價值損耗p_lossij為：(其中pq≠ij)；從而可以建立基于系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗最小的遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型：如圖3所示，用于求解遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型的求解方法為基于改進(jìn)lr算法的兩階段遷移調(diào)度模型求解方法，具體分為兩個階段：s301：對待遷移虛擬基站內(nèi)的負(fù)載業(yè)務(wù)進(jìn)行分組并確定各“業(yè)務(wù)組”的遷移優(yōu)先級，具體方法為：將屬于不同類型的負(fù)載業(yè)務(wù)置于不同的“業(yè)務(wù)組”內(nèi)，即將具有相同業(yè)務(wù)特征：[τ_thi,ratei,pricei]；的負(fù)載業(yè)務(wù)vij置于同一個“業(yè)務(wù)組”內(nèi)，可將該“業(yè)務(wù)組”記為vi。故可以將num個待遷移負(fù)載業(yè)務(wù)分為m個“業(yè)務(wù)組”：[v1,v2,…vi…,vm]；接下來按如下的優(yōu)先級函數(shù)prf(vi)來確定各“業(yè)務(wù)組”的遷移優(yōu)先級：其中b_all為虛擬基站的總帶寬資源量。s302：調(diào)整遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型以得到各個“業(yè)務(wù)組”的遷移調(diào)度子模型，并利用改進(jìn)的lr算法求解各個“業(yè)務(wù)組”的遷移調(diào)度子模型，得到最終的遷移調(diào)度方法。步驟s302中所述的調(diào)整遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型以得到各個“業(yè)務(wù)組”的遷移調(diào)度子模型，具體調(diào)整方法為：(1)、“業(yè)務(wù)組”vk內(nèi)被調(diào)度在第j個次序進(jìn)行遷移的負(fù)載業(yè)務(wù)(下文記為)所具有的遷移帶寬調(diào)整為：(2)、在虛擬基站中停留的時間調(diào)整為：其中表示優(yōu)先級高于vk的其他“業(yè)務(wù)組”全部完成遷移的總時長，可見當(dāng)k＝1時這一項為0。(3)、如圖4所示，在虛擬基站中停留的這段時間內(nèi)，會受到其他四部分負(fù)載業(yè)務(wù)的影響而造成服務(wù)價值損耗。對其作出相應(yīng)的調(diào)整可得受到的服務(wù)價值損耗為：其中：(4)、則經(jīng)過上述調(diào)整，可以得到“業(yè)務(wù)組”vk的遷移調(diào)度子模型：步驟s302中所述的用于求解各個“業(yè)務(wù)組”遷移調(diào)度子模型的算法為改進(jìn)的lr算法，主要對lr乘子的更新方法進(jìn)行改進(jìn)，具體改進(jìn)如下：改進(jìn)后的lr乘子更新方法為：其中更新步長仍采用原有方法中的計算方法。第t步的更新方向通過下列操作得到：(1)、求解松弛問題得到若t＝1，則直接否則繼續(xù)操作。(2)、通過下式對進(jìn)行初步修正：其中初步修正系數(shù)通過下式求得：式中為上一步的更新方向。(3)、利用下式構(gòu)造一個檢測方向其中構(gòu)造系數(shù)通過下式求得：式中為的坐標(biāo)，為的坐標(biāo)。(4)、隨機(jī)產(chǎn)生一組非負(fù)的記為判斷下式是否成立：(5)、對繼續(xù)進(jìn)行修正，得到第t步的更新方向其中修正系數(shù)通過下式求得：如圖5所示，采用本發(fā)明提出的基于改進(jìn)lr算法的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法與采用現(xiàn)有其他遷移調(diào)度方法對虛擬基站進(jìn)行載波遷移所帶來的系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗對比圖。圖中橫坐標(biāo)為各類型業(yè)務(wù)的具體業(yè)務(wù)數(shù)量，縱坐標(biāo)為完成遷移過程所帶來的系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗值。所選用的對比方法有：(1)將全部待遷移負(fù)載業(yè)務(wù)打包為一個整體同時進(jìn)行遷移的方法；(2)各個待遷移負(fù)載業(yè)務(wù)隨機(jī)排隊進(jìn)行遷移的方法；(3)利用遺傳算法求解遷移調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型得到各負(fù)載業(yè)務(wù)具體遷移調(diào)度方法的方法；(4)本發(fā)明提出的基于改進(jìn)lr算法的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法。如圖5所示，星號標(biāo)注的黑色實線為對比方法1，其完成遷移過程所帶來的系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗值最大；圓圈標(biāo)注的紅色實線為對比方法2，其完成遷移過程所帶來的系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗值相比方法1有一定減少，但相比方法3和4能較大；加號標(biāo)注的綠色虛線為對比方法3，其在待遷移業(yè)務(wù)數(shù)量較少時性能能超過本發(fā)明所提方法，但隨著業(yè)務(wù)數(shù)量的增加，其性能逐漸變差；三角標(biāo)注的藍(lán)色虛線為本發(fā)明所提方法，本發(fā)明隨著待遷移業(yè)務(wù)數(shù)量的增加，性能能保持最佳。由此對比可知，本發(fā)明所提出的基于改進(jìn)lr算法的兩階段c-ran載波遷移調(diào)度方法能夠有效減少遷移過程所帶來的系統(tǒng)總服務(wù)價值損耗。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12