随着无线通信技术的快速发展,5G网络作为社会基础设施需要支撑差异化的服务。然而,随着业务应用类型越来越多样化,传统网络架构仅通过一张网络来满足所有业务需求,已经不能有效满足各行业对网络的差异巨大的服务质量需求。解决这一问题的关键技术是网络切片。网络切片可以根据不同服务的需求,辅以不同通信技术,为用户提供定制化服务。网络切片的典型应用场景包括边缘计算场景以及星地融合网络场景,分别为高可靠低时延用户和广域连接用户提供服务,但不同场景下的网络切片面临的挑战不同:在边缘计算场景下,存在边缘设备不可信引发的网络切片部署安全性挑战,以及群组用户接入认证复杂引发的高认证时延挑战;在星地融合网络场景中,存在星地链路高传输时延引发的网络切片服务连续性挑战。本文针对上述挑战进行研究,论文主要工作内容如下:(1)针对边缘计算场景下的网络切片部署面临的边缘设备不可信问题,本文首先基于现有架构提出了改进的面向边缘计算的网络切片架构,并基于此架构进行了两部分的研究,分别从切片部署和用户接入两部分确保切片的安全性与用户的安全接入。首先,在用户接入时本文基于改进的架构提出了一种群组终端接入认证方案并对其安全性进行论述,实现用户接入网络时的高效安全认证。其次,在切片部署时本文基于改进的架构建立物理资源的信任评估方案对其安全性进行量化分析,基于分析结果构建了以最小化网络切片的部署成本为目标的优化问题,并提出了一种网络切片部署算法,算法分为节点和链路部署两部分。最后仿真实验的结果显示,与现有的方案相比,所提出的方案中的部署成本可以降低11%,同时在安全性收益和部署成功率上均有所提升。(2)针对星地融合网络场景下的网络切片服务连续性问题,本文首先依据地面通信网络中网络切片重映射机制,分析了在星地融合网络具体应用场景中网络切片重映射机制面临的长距离高时延挑战。其次,设计了星地融合网络中面向偏远地区和应急救灾应用中的重映射机制。其中,在偏远地区中,针对用户移动性导致的接入网改变,本文利用双激活协议栈(Dual Active Protocol Stack,DAPS)实现网络切片服务的连续性保障;此外在应急救灾场景中,针对源基站损毁导致的网络切片服务中断,本文借助核心网发起的寻呼机制,重新建立用户与目标基站的连接。最后,仿真结果表明,两种机制在有限的通信信令开销和时延范围内,可以实现网络切片的重映射,保障网络切片用户的服务连续性。
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