Routing Optimization Based on Distributed Intelligent Network Softwarization for the Internet of Things
本文提出基于联邦深度强化学习的分布式智能路由优化方法，结合分布式控制器与智能路由，提升受限物联网网络的性能与能源效率。
2025-01-20 cs.NI
Network Coding Function Virtualization
近年来，网络功能虚拟化（NFV）和网络编码（NC）作为分别为5G网络提供灵活性和差异化可靠性的关键概念引起了广泛关注。在本文中，我们提出了NC架构设计和NFV的集成。为了做到这一点，我们首先描述了我们所谓的虚拟化过程中，我们提出的架构设计的NC，应该有助于提供可靠性功能的网络。该过程包括识别NC所需的功能实体，并分析何时应激活功能以实现复杂性/能源效率。我们提出的NC功能虚拟化的相关性在于其适用于任何底层物理网络、卫星或混合网络，从而实现软件化和快速创新部署。最后，我们验证了我们的框架的一个研究案例的地理控制的网络可靠性，是基于设备的地理位置为基础的信号/网络信息。
2018-03-12 cs.NI
A Dynamic Reliability-Aware Service Placement for Network Function Virtualization (NFV)
网络软件化是下一代网络的主要范式转变之一。它支持可编程和灵活的网络管理和部署。网络功能虚拟化（NFV）是指在商用服务器上而不是传统的基于硬件的中间盒上运行的软件功能的部署。它是网络软件化的一个范例。在NFV中，服务被定义为称为服务链功能（SFC）的软件功能链。将服务器的资源分配给服务的过程称为服务放置，是NFV中最具挑战性的任务。服务到达和离开的动态性质以及满足服务水平协议使服务安置问题更具挑战性。在本文中，我们提出了一个模型的动态可靠性感知的服务放置的基础上同时分配的主，备服务器。然后，我们制定的动态可靠性感知的服务放置作为一个无限地平线马尔可夫决策过程（MDP），其目的是最大限度地减少安置成本和最大限度地接纳服务的数量。该算法将网络中的活动业务数视为系统的状态，并以此为基础估计空闲资源的状态，同时将可能接纳的业务数视为MDP的动作。为了评估建议MDP中的每个可能的动作，我们使用了一种基于维特比算法的次优方法，称为基于维特比的可靠静态服务放置（VRSSP）算法。基于价值迭代法，我们使用一种名为VRSSP-based Value Iteration（VVI）的算法来确定最优策略。最后，通过大量的模拟，所提出的模型的动态可靠性感知的服务放置相比，静态解决方案的优越性推断。
2019-11-15 cs.NI
Online Load Balancing for Network Functions Virtualization
网络功能虚拟化（NFV）旨在支持服务提供商以更灵活和更具成本效益的方式部署各种服务。然而，网络功能的软件化和云化会导致严重的拥塞和低网络性能。在本文中，我们提出了一个解决方案来解决这个问题。针对用户需求的动态变化，分析并解决了NFV中使用多路径路由的在线负载均衡问题，以优化网络性能。特别是，我们首先制定的负载均衡的优化问题作为一个混合整数线性规划，以实现最佳的解决方案。然后，我们开发的ORBIT算法，解决了在线负载均衡问题。ORBIT的性能保证的分析证明，与最佳的离线解决方案。在真实数据集上的实验结果表明，ORBIT在不知道未来需求的情况下，能够很好地将每个业务需求的流量分配到多条路径上，尤其是在高负载条件下。
2017-02-23 cs.NI
Latency-Sensitive Web Service Workflows: A Case for a Software-Defined Internet
总体而言，互联网仍处于服务提供商和自治系统的控制之下。物联网（IoT）和边缘计算为用户提供了越来越多的需求和潜力，以便对其Web服务工作流进行更多的控制。网络软件化在各个阶段彻底改变了网络格局，从构建，增量部署到维护环境。软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）是网络软件化的两个核心原则。SDN通过抽象出数据平面中的网络设备的控制来提供逻辑上集中的控制平面。NFV虚拟化专用硬件中间盒，并将其部署在服务器和数据中心之上作为网络功能。因此，网络软件化通过增强其控制和提高网络服务的可重用性来实现系统的有效管理。在这项工作中，我们提出了我们的愿景软件定义的互联网（SDI）的延迟敏感的Web服务工作流。SDI将网络软件化扩展到互联网规模，以实现在互联网上执行延迟感知的用户工作流。
2020-05-14 cs.DC cs.NI
The More the Merrier: Enhancing Reliability of 5G Communication Services with Guaranteed Delay
虽然网络功能虚拟化和软件定义网络提供了许多动态特征，例如灵活性、可扩展性和可编程性，以便通过服务功能链接以更少的成本和时间轻松地提供服务，但它在服务的可靠性、可用性和延迟方面引入了新的挑战。特别是，网络和服务功能的软件化（例如，虚拟化、作为服务的任何东西、动态虚拟链接和路由）由于软件问题而不是硬件问题而强加了网络故障的高可能性。在这封信中，我们提出了一种名为eRESERV的新解决方案，以提高5G服务链的可靠性，同时满足服务水平协议。
2019-04-11 cs.NI
On the Trade-Off between Computational Load and Reliability for Network Function Virtualization
网络功能虚拟化（NFV）实现了网络功能的“软件化”，这些功能在商用现成（COTS）服务器上托管的虚拟机上实现。将虚拟网络功能（VNF）组成逻辑层的转发图（FG）以及将FG嵌入服务器都需要考虑COTS组件的低于运营商级的可靠性。这项工作研究了端到端的可靠性和计算负载之间的权衡每台服务器通过VNF链组成（CC）和FG嵌入（FGE）的联合设计下，由控制器和常规VNF的二分FG的假设。评估概率模型内的可靠性标准，分析的见解，首先提供了一个简化的断开FG。在此基础上，提出了一种基于混合整数线性规划的块坐标下降法来解决CC和FGE的联合优化问题。通过仿真结果，可以观察到，CC和FGE的联合设计相比于单独的优化方法导致了显著的性能增益。
2017-04-23 cs.IT cs.NI math.IT
Will SDN be part of 5G?
对于许多人来说，这不再是一个有效的问题，SDN/NFV（软件定义网络/网络功能虚拟化）提供了解决5G许多突出管理问题的不可避免的创新推动因素。然而，考虑到无线接入网络（RAN）软件化的艰巨任务，而5G即将到来，一些公司已经开始推出他们的5G设备，我们可能只看到一些涉及SDN技术的点解决方案，而不是完全支持SDN的RAN。这份调查文件确定了所有重要的障碍，并探讨了相关解决方案的最新发展水平。该调查与之前基于SDN的RAN的调查不同，因为它侧重于突出的问题，并讨论了SDN文献内外提出的解决方案。我们的主要重点是前传、向后兼容性、SDN部署的破坏性、SDN相关升级的业务案例和货币化、通用处理器（GPP）的延迟以及软件化给RAN带来的额外安全漏洞。我们还提供了基于SDN的RAN环境中的架构开发的摘要，因为并非所有工作都可以在重点问题下涵盖。本文对基于SDN的RAN的最新技术水平进行了全面的调查，并明确指出了该技术的差距。
2018-02-07 cs.NI
A New Agent-Based Intelligent Network Architecture
5G的出现及其架构的设计之所以成为可能，是因为之前在云计算和网络软件化方面的个人科学工作和标准化努力。软件定义网络和网络功能虚拟化分别开始，以找到它们在5G网络架构中的卷积。因此，未来5G（B5G）和6G网络架构的持续设计不能忽视关于自主网络、基于服务的通信系统和多接入边缘计算的不同独立标准化工作的关键投入。本文提供了一个基于代理的、软件化的、智能化的体系结构的设计和特征，该体系结构连贯地浓缩和合并了不同标准化工作组和机构提出的独立体系结构作品。这项新工作为未来B5G和6G网络架构的设计和标准化进程提供了有益的手段。
2022-11-03 cs.NI
Intelligent Closed-loop RAN Control with xApps in OpenRAN Gym
Institute for the Wireless Internet of Things, Northeastern University（东北大学无线物联网研究院）
软件化、可编程网络控制和在不同时间尺度上发挥作用的全方位控制器的使用被视为下一代蜂窝网络演进的关键驱动力。这些技术促进了新设计的智能数据驱动解决方案，用于管理大量不同的蜂窝功能，这些功能基本上不可能在传统的封闭蜂窝架构中实现。尽管工业界对用于无线电接入网络（RAN）的闭环控制的人工智能（AI）和机器学习（ML）解决方案以及该领域的一些研究工作有明显的兴趣，但它们的设计远不是主流，并且它仍然是一种复杂且经常被忽视的操作。在本文中，我们讨论了如何为Open RAN的智能闭环控制设计AI/ML解决方案，并基于具有高性能记录的示例性解决方案提供指导和见解。然后，我们将展示如何通过OpenRAN Gym将这些解决方案嵌入到在O-RAN近实时RAN智能控制器（RIC）上实例化的xApp中，OpenRAN Gym是第一个公开的大规模数据驱动O-RAN实验工具箱。我们展示了一个使用OpenRAN Gym开发的xApp的用例，并在Colosseum无线网络模拟器上部署了7个基站和42个用户的蜂窝网络上进行了测试。我们的演示展示了基于OpenRAN Gym的xApp开发环境的高度灵活性，它独立于部署场景和流量需求。
2022-08-31 cs.LG cs.NI
A Reliability-Aware, Delay Guaranteed, and Resource Efficient Placement of Service Function Chains in Softwarized 5G Networks
网络功能虚拟化（NFV）通过利用虚拟化和云计算技术的特征，允许网络的灵活性、可扩展性、敏捷性和容易的扩展。然而，网络功能的软件化带来了许多挑战。可靠性和延迟是支持NFV的5G网络面临的主要挑战，可能导致客户不满和收入损失。通常，冗余用于提高通信服务的可靠性。然而，冗余需要相同数量的额外资源，因此增加了成本。在这项工作中，我们解决了软件化5G网络中的可靠性感知，延迟保证和资源高效的服务功能链（SFC）布局问题。首先，我们提出了一种新的SFC子链方法，以提高可靠性的SFC没有备份。如果在子链方法之后不满足可靠性要求，则我们向VNF添加备份以满足可靠性要求。然后，我们制定了可靠的SFC放置问题作为一个线性规划（ILP）的问题，以最佳地解决它。针对ILP问题在求解大输入实例时的高计算复杂性，提出一种改进的稳定匹配算法，在多项式时间内获得近似最优解。通过大量的模拟，我们表明，我们提出的解决方案消耗较少的物理资源相比，提供可靠的通信服务的最先进的解决方案。
2020-12-13 cs.NI
Knowledge Distillation for Intelligent Softwarized Networks: Advances and Open Challenges
Université de Technologie de Compiègne CNRS, Heudiasyc UMR 7253（贡比涅技术大学）；Université de Bordeaux, CNRS Bordeaux INP, LaBRI UMR 5800（波尔多大学）
本文综述知识蒸馏在智能软件化网络中的应用，分类分析现有工作，指出其集成零散、探索不足，并展望可扩展、自适应和能量感知蒸馏机制的开放挑战。
2026-09-24 cs.NI
The Slice Is Served: Enforcing Radio Access Network Slicing in Virtualized 5G Systems
下一代（5G）无线系统的无线电接入网络（RAN）的软件化和虚拟化的概念正在引入应用和服务与设备和网络基础设施物理解耦的愿景。这一关键方面最终将使不同的网络运营商能够在同一物理基础设施上动态部署异构服务。RAN切片是5G虚拟化的一种形式，其允许网络基础设施所有者动态地“切片”和“服务”其网络资源（即，频谱、功率、天线等）提供给不同的移动虚拟网络运营商（MVNO）。一旦切片策略（即，分配给每个MVNO的资源的百分比），主要的挑战是如何以这样的方式向MVNO分配频谱资源：（i）执行由网络所有者定义的切片策略;以及（ii）最小化不同MVNO之间的干扰。在这篇文章中，我们数学形式化的RAN切片实施问题（RSEP），并证明其NP-硬度。出于这个原因，我们设计了三个近似算法，使解决方案可扩展的RSEP的大小增加。我们通过在由8个软件定义的无线电外设组成的测试平台上进行模拟和实验，广泛评估了它们的性能。实验结果表明，我们的算法不仅执行切片政策，但也可以增加一倍的总网络吞吐量时，内MVNO功率控制策略结合使用。
2019-02-01 cs.NI
Making a Case for Federated Learning in the Internet of Vehicles and Intelligent Transportation Systems
University of Western Ontario（西安大略大学）
随着5G网络的引入和技术的进步，例如网络功能虚拟化和软件定义网络，新的和新兴的网络技术和用例正在形成。其中一项技术是车辆互联网（IoV），它描述了车辆和基础设施的互联系统。再加上人工智能和机器学习的最新发展，车联网将转变为智能交通系统（ITS）。然而，有几个操作上的考虑因素阻碍了ITS系统的采用，包括可扩展性、高可用性和数据隐私。为了应对这些挑战，联邦学习，一个协作和分布式智能技术，建议。通过ITS案例研究，强调了部署在整个网络路边基础设施上的联合模型通过利用组智能从故障中恢复的能力，同时减少了恢复时间并恢复了可接受的系统性能。联邦学习具有众多用例和优势，是ITS的关键推动因素，并有望在5G及其他网络和应用中实现广泛应用。
2021-02-19 cs.LG cs.NI
Intelligent Routing as a Service (iRaaS)
本文提出智能路由即服务（iRaaS）架构，作为知识定义网络的应用层认知路由框架，支持路由逻辑定制并可将训练模型的启发式参数纳入度量计算，通过可靠性启发式与SPF、DUAL算法结合验证其可行性。
2024-07-08 cs.NI
Approximate and Incremental Network Function Placement
现代计算机网络的虚拟化和软件化为网络功能和中间盒（防火墙、代理、流量优化器、虚拟交换机等）的更灵活的布置引入了有趣的新机会。本文研究了在最佳位置上增量部署最少数量的中间盒的近似算法，使得中间盒的容量约束和通信路由的长度约束得到尊重。我们的主要贡献是一个新的，纯粹的组合和严格的证明子模块的功能最大化的通信请求的数量，可以由一组给定的middlebox。我们的证明使我们能够设计一个确定性的近似算法，它使用一个增广路径的方法来计算次模函数。该算法不需要改变现有中间盒的位置，也不需要在部署额外的中间盒时抢占先前服务的通信对，先前接受的通信对可以切换到另一个中间盒。因此，它是特别有吸引力的增量部署。我们证明了所取得的多项式时间近似界是最佳的，除非P = NP。本文还启动了加权问题变体的研究，其中整个节点组需要通过中间盒进行通信（例如，多路复用器或共享对象）。我们提出了一个LP松弛和随机舍入算法这个问题，利用一个有趣的连接调度。
2017-06-20 cs.NI
When Digital Twin Meets Generative AI: Intelligent Closed-Loop Network Management
本文提出GAI驱动的数字孪生网络架构GDT，通过GAI与模型驱动处理协同实现内外部智能闭环管理，并给出三类增强方法与案例研究。
2024-04-08 cs.NI
Near Optimal VNF Placement in Edge-Enabled 6G Networks
软件化和虚拟化是需要超低延迟的新兴行业的关键概念。这只有在传统上集中在通信网络核心的计算资源被移动到更靠近用户、更靠近网络边缘的情况下才有可能。然而，在第六代（6 G）移动网络中实现边缘计算（EC）需要有效的资源分配机制来放置虚拟网络功能（VNF）。机器学习（ML）方法，更具体地说，强化学习（RL），是解决这个问题的一种很有前途的方法。这项工作的主要贡献有两个方面：首先，我们获得了理论性能界的VNF放置在EC启用6 G网络，通过制定数学问题作为一个有限的马尔可夫决策过程（MDP），并解决它使用动态规划方法称为策略迭代（PI）。其次，我们使用RL开发了一个实用的解决方案，其中问题是用Q-Learning来处理的，该Q-Learning在网络中放置VNF时考虑了计算和通信资源。在不同的系统参数设置下的仿真结果表明，Q学习方法的性能接近最优PI算法（没有其对服务统计的限制性假设）。当欧盟委员会资源稀缺，需要对这些资源进行有效管理时，这一点尤其令人感兴趣。
2021-11-15 cs.NI
Intelligent Zero Trust Architecture for 5G/6G Networks: Principles, Challenges, and the Role of Machine Learning in the context of O-RAN
ANDRO Computational Solutions, LLC（ANDRO计算解决方案有限责任公司）；Marconi-Rosenblatt AI/ML Innovation Laboratory（马可尼-罗森布拉特人工智能/机器学习创新实验室）
在这份立场文件中，我们讨论了将零信任（ZT）原则整合到下一代通信网络（5G/6 G）中的迫切需要。我们强调了这些挑战，并引入了智能零信任架构（i-ZTA）的概念，作为具有不可信组件的5G/6 G网络的安全框架。虽然网络虚拟化、软件定义网络（SDN）和基于服务的架构（SBA）是5G网络的关键推动因素，但在不受信任的环境中运行也已成为网络的关键特征。此外，与大量设备的无缝连接扩大了对信息基础设施的攻击面。动态不可信环境中的网络保证需要超越现有静态安全框架的革命性架构。据我们所知，这是第一份立场文件，提出了一个i-ZTA的架构概念设计，现代人工智能（AI）算法可以开发，以提供不受信任的网络中的信息安全。我们介绍了关键的ZT原则，实时监控网络资产的安全状态，评估个人访问请求的风险，并决定访问授权使用动态信任算法，称为MED组件。为了确保易于集成，设想的架构采用基于SBA的设计，类似于5G网络的3GPP规范，通过利用具有适当实时引擎和网络接口的开放无线电接入网络（O-RAN）架构来收集必要的机器学习数据。因此，这项工作为设计基于机器学习的组件提供了新的研究方向，这些组件有助于未来5G/6 G网络的i-ZTA。
2022-07-27 cs.LG cs.NI
AI-Native Network Digital Twin for Intelligent Network Management in 6G
本文提出面向6G的AI原生网络数字孪生框架，通过AI模型构建孪生模型支撑网络管理，给出性能提升方案与案例研究，探讨了相关开放研究问题。
2024-10-09 cs.NI cs.SY eess.SY
Enabling Intelligent Vehicular Networks Through Distributed Learning in the Non-Terrestrial Networks 6G Vision
Alma Mater Studiorum - Università di Bologna（博洛尼亚大学）；Department of Electrical, Electronic and Information Engineering “Guglielmo Marconi”（古列尔莫·马可尼电气、电子与信息工程系）
针对6G智能交通系统资源受限场景，提出联合空中地面网络的联邦分割迁移学习（FSTL）方法，利用高空平台提升学习效率，仿真验证其有效性。
2023-09-07 cs.AI cs.DC cs.NI
Chronicles of Jockeying in Queuing Systems
本综述聚焦排队系统中的换队现象，分类评估现有建模方法在5G及MEC等动态分布式环境中的适用性，指出经典假设的局限，并提出混合架构与去中心化决策作为未来研究方向。
2025-10-13 cs.NI
Secure Virtual Mobile Small Cells: A Stepping Stone Towards 6G
随着第五代研究进入尾声，研究界必须超越5G，展望2030年的连接前景，即6G。在这种情况下，这项工作通过提出下一代通信平台向6G愿景迈出了一步，该平台旨在通过考虑按需创建的虚拟移动小小区（MSC）来扩展固定部署网络的刚性覆盖区域。依靠诸如NFV（网络功能虚拟化）和SDN（软件定义网络）之类的新兴计算范例，这些小区可以在本地利用无线电和网络能力，从而减少协议信令延迟和开销。这些MSC构成联网资源的智能池，其可以协作以形成MSC的无线网络，该MSC的无线网络提供用于本地化的、无处不在的和可靠的连接的通信平台。还从虚拟化、轻量级无线安全和节能RF等方面讨论了实现MSC概念的技术推动因素。MSC架构对可靠和有效的小区卸载的益处被证明为用例。
2021-05-04 cs.NI
Multi Agent Team Learning in Disaggregated Virtualized Open Radio Access Networks (O-RAN)
从云无线电接入网络（C-RAN）开始，继续虚拟无线电接入网络（vRAN），以及最近的开放无线电接入网络（O-RAN）倡议，无线电接入网络（RAN）架构在过去十年中发生了重大变化。在过去几年中，无线行业见证了分散、虚拟化和开放RAN的强劲趋势，并在全球范围内进行了大量测试和部署。激发本文的一个独特方面是使用机器学习来优化闭环中的RAN（即，没有人为干预）所产生的新机会的可用性，其中解聚和虚拟化的复杂性使得众所周知的自组织网络（SON）解决方案不足。在我们看来，多智能体系统（MAS）与团队学习，可以发挥重要作用的控制和协调控制器的O-RAN，即近实时和非实时RAN智能控制器（RIC）。在这篇文章中，我们首先介绍了多智能体系统和团队学习的最新研究，然后我们概述了RAN解聚和虚拟化的前景，以及O-RAN，它强调了O-RAN联盟引入的开放接口。我们提出了一个案例研究代理的位置和O-RAN中所需的AI反馈，最后，我们确定了挑战和开放的问题，为研究人员提供了一个路线图。
2021-02-23 cs.MA cs.NI
6G Communication: Envisioning the Key Issues and Challenges
本文面向2030年6G万物互联愿景，从硬件、设备、软件化到使能技术系统梳理6G未来需求、关键问题与研究挑战。
2020-06-07 cs.NI eess.SP
Role of Digital Twin in Optical Communication: Fault Management, Hardware Configuration, and Transmission Simulation
光通信正朝着硬件资源多样化、传输系统灵活化、网络功能虚拟化的方向快速发展。它的激增对传统的光通信管理和控制系统提出了重大挑战。数字孪生（DT）是一种利用数据、模型和算法并整合多个学科的技术，它充当了现实世界和虚拟世界之间全面连接的桥梁。在数字空间中，虚拟模型是动态建立的，用来模拟和描述物理空间中物理对象的状态、行为和规则。DT在工业和军事领域得到了长足的发展和广泛的应用。本研究通过跨学科的交叉，将DT技术引入光通信领域，提出了一种适用于光通信的DT框架。借助深度学习算法，在数字空间建立智能故障管理模型、灵活硬件配置模型、动态传输仿真模型，保障光通信系统和网络的高可靠运行和高效管理。
2020-11-10 cs.NI
URLLC for 6G Enabled Industry 5.0: A Taxonomy of Architectures, Cross Layer Techniques, and Time Critical Applications
本文系统综述了6G赋能的工业5.0中URLLC的架构、跨层技术与时间关键应用，提出分类法并分析性能权衡，指出开放挑战与未来方向。
2025-10-10 cs.NI
ns-O-RAN: Simulating O-RAN 5G Systems in ns-3
针对O-RAN研发中仿真工具缺乏的问题，提出ns-O-RAN，集成真实RIC与ns-3仿真RAN，支持生成数据集、测试xApps，并兼容OSC和OpenRAN Gym RIC，实现从测试到生产的平滑过渡。
2023-05-11 cs.DC cs.NI
