[發明專利]基于數字孿生的5G融合網架構下多模終端接入系統及方法

在審

• 申請號: 202111430637.0
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114189888A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 王棟耀;倪威;曹添翔;黃澤文;向洋
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一六研究所
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04W48/16;H04W48/20;H04W88/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發明公開了一種基于數字孿生的5G融合網架構下多模終端接入系統及方法，系統為三層雙閉環的數字孿生網絡架構，該架構包括自頂向下的三層結構，依次為：網絡應用層，該層級中描述實際物理網絡中實際要解決的問題，等待下一步的映射；數字孿生網絡層，在該層級中，數字網絡將實時以及超前模擬實際物理網絡的運作并根據模擬結果將控制下發到實際物理網絡；底層是物理網絡層，該層通過實際的接口與孿生網絡層銜接，不斷通過數據采集提供給數字孿生網絡實際通信環境的情況，同時接收并執行數字孿生網絡所模擬出的最佳決策結果。本發明有很好的實時性和可拓展性，有益于處理易變環境的網絡情況。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及網絡融合技術領域，特別是一種基于數字孿生的5G融合網架構下多模終端接入系統及方法。

背景技術

隨著物聯網的發展，現有網絡無法滿足大規模泛在連接需求、以及物聯網多種應用對網絡延遲、帶寬等多元需求，因此5G技術被廣泛應用在各垂直行業中提高現有網絡性能。為降低網絡部署成本，大部分垂直行業將5G與傳統4G/WLAN網絡進行融合組網，以此為系統中的設備提供滿足其需求的網絡服務。在異構組網的環境下的用戶接入點的選擇問題不僅會影響到用戶設備(UE,User Equipment)的數據速率，網絡穩定性以及網絡延遲，也會影響到整個蜂窩網絡基站(BS,Base Station)的負載狀態和總網絡吞吐量，因此合理的終端接入方案的研究可以有效提高用戶的服務質量(QoS,Quality of Service)和整個網絡的效率。

現有的融合網絡接入選擇技術雖然可以有效地提高網絡性能，卻存在以下問題：1)實時性差；2)遇到突發事件試錯代價過高。目前國內外異構網絡的多模終端接入的研究在根據實際環境設計系統模型的過程中仍然存在尚未解決的難題，有待進一步研究，具體如下：

一種在中國專利文獻中公開的專利是根據一些具體的選網接入原則去給UE當前的所有選擇派發優先級，UE根據優先級去選擇當前最合適的無線接入點(AP,AccessPoint)進行接入。另一種在中國專利文獻中公開的專利是依據參考信號的接收功率和終端駐留與切換相關數據構建基站基本接入準則進行終端接入選擇。這些選網方法在網絡環境相對穩定，突發故障相對較少的網絡中擁有一定的優越性，但是動態性和魯棒性不佳。具體來說，現有方案導致融合網絡多模終端接入靈活性不強，無法適應動態變化的異構網絡；同時，現有方案具有低容錯性，錯誤接入方案的選擇直接影響真實網絡的性能。對于用戶來說，用戶的位置信息以及對于網絡資源的需求量都是時刻在變化的，與此同時，整個小區(Cell)的頻譜資源分配情況是未知的，那么考慮到網絡狀態的復雜性和可變性，需要實時獲取網絡狀態數據，并根據實時網絡狀態動態為UE提供異構終端接入方案，因此數字孿生網絡(DTN,Digital Twin Network)正好就可以解決這個問題，通過數字孿生技術去模擬網絡運行情況可以很好的預知并在實際實現過程中規避掉一些固定算法的問題從而提升用戶體驗并降低網絡擁塞率。同時數字孿生技術還具有物理層和孿生網絡層的雙向交互、實時數據模擬和可以根據模擬進行控制下發的優點。數字孿生技術一種將實際物理系統與大數據運算模擬相結合的一種新技術，關于數字孿生的研究還方興未艾。數字孿生的關鍵技術涵蓋了四個要素，分別是數據、模型、映射和交互。數據是構建數字孿生架構最基本的要素，在系統中會統一配置一個數字孿生倉庫，在其中會集中高效存儲物理網絡中的配置、拓撲、狀態、日志、用戶業務等歷史和實時數據，為數字孿生體提供數據支撐。模型作為數字孿生在實際應用中的外在表現形式，一般會根據實際應用場景的相關情況去創建模型實例。因此，模型就是將數據整合在一起共同工作從而進行相關模擬。映射是物理網絡實體通過數字孿生體的高保真可視化呈現，是數字孿生網絡區別于網絡仿真的最典型特征。交互是達成虛實同步的關鍵，如果說網絡仿真只是對于相關物理系統的一個模擬，那么數字孿生網絡不僅通過對物理網絡的實時信息采集模擬當前的系統狀態，更是能借助數字孿生模型對網絡進行直接的診斷、分析和控制?；谒囊貥嫿ǖ木W絡孿生體可借助優化算法、管理方法、專家知識等對物理網絡進行全生命周期的分析、診斷、仿真和控制,實現物理網絡與孿生網絡的實時交互映射,幫助網絡以更低成本、更高效率、更小的現網影響部署各種網絡應用,助力網絡實現極簡化和智慧化運維。

發明內容