【摘要】：作為第五代移動網(wǎng)絡的重要組網(wǎng)方式之一,小小區(qū)網(wǎng)絡具有成本低、覆蓋全面、可以大幅提高頻譜效率和能量效率等優(yōu)勢。然而,隨著移動數(shù)據(jù)流量的爆炸式增長以及新型應用如虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等的迅速普及,小小區(qū)網(wǎng)絡面臨回程鏈路受限、計算能力不足以及內容傳輸時延大等問題。為了應對上述挑戰(zhàn),緩存及邊緣計算技術被引入到小小區(qū)網(wǎng)絡中,增強了網(wǎng)絡的存儲和計算能力,受到了學術界和工業(yè)界的廣泛關注。在應用了緩存和邊緣計算技術的小小區(qū)網(wǎng)絡中,網(wǎng)絡資源既包含傳統(tǒng)的無線資源,也包含存儲及計算資源,這使得網(wǎng)絡資源呈現(xiàn)出異構化的特點。資源的異構化以及其性能指標的差異化導致資源管理問題變得更加復雜。合理高效的資源管理方案不僅能夠提升網(wǎng)絡性能,為各種新型業(yè)務及應用提供支持,更能保障用戶多變的服務質量(Quality of Service,QoS)需求。可見,如何在小小區(qū)網(wǎng)絡中對無線、存儲以及計算等異構資源進行聯(lián)合管理與優(yōu)化需要深入研究。因此,本文從存儲與無線資源,計算與無線資源,計算、存儲與無線資源的聯(lián)合管理三個角度出發(fā),提出了面向容量增強的內容配對及無線資源分配機制、面向宏-小小區(qū)基站的兩級計算卸載及資源分配方案和基于網(wǎng)絡虛擬化的分布式異構資源分配策略,并通過仿真驗證了所提方案的性能。本文主要工作和創(chuàng)新點如下:1.提出了一種面向容量增強的內容配對及無線資源分配機制,利用緩存和全雙工自回傳技術,在保證用戶數(shù)據(jù)速率需求的同時,提高了網(wǎng)絡吞吐量并節(jié)約了回程資源。首先,在考慮緩存以及小小區(qū)基站之間全雙工自回傳技術的情況下,對內容配對及無線資源分配問題進行建模,在保證用戶QoS需求的同時,最大化系統(tǒng)吞吐量。其次,為了有效地求解該問題,根據(jù)用戶請求與緩存的內容,提出了基于匈牙利算法的內容配對機制。再次,為了降低聯(lián)合功率和頻譜分配問題的計算復雜度,通過問題解耦,提出了一種基于連續(xù)凸近似(Successive Convex Approximation,SCA)和受限的凹凸過程(Constrained Concave Convex Procedure,CCCP)的功率分配方法。接著,利用功率分配結果進一步優(yōu)化頻譜的分配,繼而通過迭代算法獲得次優(yōu)的頻譜和功率分配策略。最后,仿真表明提出的內容配對及資源分配機制充分利用了緩存資源及全雙工自回傳技術,節(jié)約回程鏈路的同時有效地提升了網(wǎng)絡的吞吐量,并且降低了計算復雜度。2.提出了一種面向宏-小小區(qū)基站的兩級計算卸載及資源分配方案,充分考慮基站計算能力的差異以及用戶不同的計算需求,保證用戶時延的同時,優(yōu)化了系統(tǒng)能耗。首先,結合移動邊緣計算和全雙工自回傳技術,建立宏基站-小小區(qū)基站兩級計算卸載的網(wǎng)絡模型。其次,在保證用戶時延要求的前提下,以最小化系統(tǒng)能耗為目標,將兩級計算卸載及資源分配問題建模為混合整數(shù)非凸優(yōu)化問題。再次,為了降低問題求解的計算復雜度,將原問題分解為兩個子問題分別求解。在子問題一中,利用參數(shù)凸優(yōu)化理論求解分式優(yōu)化問題,獲得聯(lián)合計算卸載與功率分配策略;在子問題二中,通過證明問題的凸性優(yōu)化了頻譜分割策略;繼而采用迭代優(yōu)化算法對兩個子問題聯(lián)合求解,獲得次優(yōu)的計算卸載及資源分配方案。最后,仿真表明兩級計算卸載及資源分配方案根據(jù)用戶的需求,可以充分利用基站間不同的計算能力,優(yōu)化了用戶卸載決策和資源分配,降低了系統(tǒng)的能耗,節(jié)約了回程資源,并且降低了計算復雜度。3.提出了一種基于網(wǎng)絡虛擬化的分布式異構資源分配策略,同時考慮下行高數(shù)據(jù)速率業(yè)務和上行計算敏感業(yè)務的QoS需求,優(yōu)化了系統(tǒng)效益。首先,引入網(wǎng)絡虛擬化技術,將所有物理基礎設施及無線、緩存、計算資源抽象為虛擬資源,建立了針對高數(shù)據(jù)速率業(yè)務和計算敏感業(yè)務的虛擬資源管理模型,實現(xiàn)虛擬資源的動態(tài)分配。其次,通過對不同業(yè)務的收益以及消耗的資源進行定價,定義了系統(tǒng)效益作為目標函數(shù),并將用戶接入、卸載決策、緩存決策以及虛擬資源分配問題建模為混合整數(shù)非凸優(yōu)化問題。再次,為了高效地求解該問題,通過變量替換將其轉化為凸優(yōu)化問題,繼而提出了一種基于交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multiplier,ADMM)的分布式虛擬資源分配策略。最后,仿真表明基于網(wǎng)絡虛擬化的分布式異構資源分配策略根據(jù)用戶的業(yè)務需求,優(yōu)化了資源分配,提升了系統(tǒng)效益值,并且降低了計算復雜度。
【圖文】：

１．干擾管理逡逑小小區(qū)網(wǎng)絡中宏基站與諸多小小區(qū)基站的共存可能導致嚴重的干擾問題，具體逡逑包括跨層干擾和同層干擾。如圖１－３所示，由于小小區(qū)無規(guī)則的部署，且基站的覆蓋逡逑范圍彼此重疊，在頻譜共享的情況下，，宏基站和小小區(qū)基站之間會產(chǎn)生跨層干擾，包逡逑括下行鏈路中宏基站對小小區(qū)用戶的干擾和小小區(qū)基站對宏用戶的干擾，以及上行逡逑鏈路中宏用戶對小小區(qū)基站的干擾和小小區(qū)用戶對宏基站的干擾。同時，相鄰的小逡逑小區(qū)基站之間則會在上行和下行鏈路中產(chǎn)生同層干擾。隨著小小區(qū)基站部署的密集逡逑５逡逑

２０１７邐２０１８邐２０１９邐２０２０邐２０２１邐２０２２邐２０２３邐２０２４邐２０２５逡逑鄉(xiāng)村偏遠地區(qū)邋？S靡懷喬澹�？嘧？？企业区邋《？岭？住宅区辶x賢跡保插危玻埃保罰玻埃玻的晷⌒∏綺渴鵡暝齔な吭げ饌煎義賢綰停祝蹋粒渭際醵吒饔興ぃ街旨際躒諍�，可以综合二者祿吓势，扩大网辶x下綹哺喬頡Ｍü噠鏡愕墓蠶�，能够为数臼~姆至饕約壩沒Я榛畹那謝惶峁┲у義銑鄭箍梢越檔屯緗ㄉ枰約笆莼卮殺荊郟玻牽玻保蕁Ａ峽悸切⌒∏綰停櫻模渭際酰義夏芄煌ü⌒∏緲刂破矯婧褪萜矯嫻姆擲�，实蠝戮i募鋅刂埔約笆蕕膩義細咝ёⅲ嘔⌒∏緄腦擻凸芾恚郟玻玻蕁＃危疲旨際躒躉說撞慊∩枋┑母拍�，辶x鮮迪至送綣δ苡胗布璞趕嚳擲搿８眉際蹩梢越⌒∏緄幕∩枋┮約案骼噱義獻試醇右猿橄笳�，以袡夆化的方g絞迪腫試吹墓蠶�，磦蝤處V試蠢瞇剩郟玻常蕁ｅ義希保保承⌒∏緄墓丶際醺攀鰣義舷嘟嫌詿車姆湮淹紓⌒∏緹弒噶酥疃嗟撓攀疲裁媼僮鷗扇毆芾懟㈠義嫌沒Ч亓�、回程辆b泛妥試垂芾淼戎疃轡侍�。针对小小区网马\械木嚀邐侍

本文編號：2618868