在過去的幾十年間,移動通信系統(tǒng)發(fā)展迅速,網絡規(guī)模不斷擴大,系統(tǒng)性能不斷提升,提供的服務類型也越來越多樣化。傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)只提供語音業(yè)務,而現(xiàn)在的移動通信系統(tǒng)提供的業(yè)務則非常多樣化,包括數據、視頻、在線游戲以及遠程醫(yī)療等多媒體業(yè)務,另外還有機器類型通信(Machine Type Communication,MTC)業(yè)務如自動化駕駛、工廠自動化控制、傳感器數據收集等。相應的,接入移動通信網絡的終端也越來越多樣化,從簡單的手機到現(xiàn)在的智能手機、平板,以及各種各樣的MTC終端。但是,移動通信系統(tǒng)在不斷發(fā)展成熟的同時,也面臨著諸多問題。首先,網絡功能依賴于專有設備,功能多樣化使得網絡結構變得更加復雜,這就導致網絡的靈活性不足;其次網絡規(guī)模龐大,消耗能量增多,能效管理機制的缺乏導致網絡能效低下;最后,用戶需求的不斷增加對系統(tǒng)容量提出了更高的要求,而業(yè)務類型的多樣化則要求系統(tǒng)多業(yè)務資源管理更加靈活高效。本文將針對上述的幾個問題,致力于提高網絡的靈活性,并在此基礎上提高網絡的能效和譜效。首先,網絡服務依賴于底層的專有設備,這會導致網絡變得靜態(tài)、難以升級和改變,產生網絡僵化問題,我們設計了新穎的可以靈活配置的網絡結構,借此對網絡結構進行優(yōu)化,并提高網絡的靈活性和擴展性,改善網絡僵化問題。其次,在設計的網絡結構中,我們考慮了現(xiàn)有網絡不能靈活適應環(huán)境變化的缺陷,設計了基于環(huán)境感知的動態(tài)基站調整策略,實現(xiàn)了射頻拉遠單元(Radio Remote Unit,RRU)基于環(huán)境變化簡單變形,提高了網絡能效。最后,我們考慮了現(xiàn)有網絡多業(yè)務資源管理方面的不足,設計了基于無線虛擬化的多業(yè)務資源管理方案,實現(xiàn)了基帶處理單元(Baseband Unit,BBU)的高效配置和調度,提高了網絡能效。由于現(xiàn)有網絡結構設計只是解決上述網絡問題中的部分問題,本文設計了更加靈活的網絡結構以期解決上述所有問題。我們在調研現(xiàn)有的技術以及相關工作的基礎上,通過使用軟件自定義網絡(Software Defined Network,SDN)、云接入網(Cloud-Radio Access Network,C-RAN)、網絡虛擬化(Network Virtualization,NV)等技術構成控制核心,加入環(huán)境感知模塊以收集信息,考慮針對環(huán)境變化和多業(yè)務的挑戰(zhàn),將多個模塊融合構成一個整體結構,即變形網絡結構。整體結構由變形核、變形體、變形云構成,我們闡述了它們的功能以及它們之間的關系,以及變形網絡的運行邏輯。同時,我們列舉了一些簡單的變形網絡應用的例子,以期更好的表達出變形網絡的思想。另外,我們分析了要實現(xiàn)變形網絡部署仍需要解決的問題和挑戰(zhàn)。針對現(xiàn)有能效管理工作場景簡單、只針對業(yè)務變化、信息獲取不精確、基站調整手段不全面等缺點,本文研究了基于環(huán)境感知的動態(tài)基站管理策略。我們在變形網絡結構中,使用基于MIMO、C-RAN等多種技術的異構蜂窩網絡場景,并從環(huán)境感知模塊獲取信息,在此系統(tǒng)模型下對問題建模。由于該問題是一個NP-hard問題,我們設計了啟發(fā)式算法來獲得次優(yōu)解,算法中我們聯(lián)合使用了基站休眠、天線開關以及功率控制等手段。仿真分析表明了本文設計的算法比兩個基線算法擁有更好的性能,另外我們還分析了算法參數取值、基站休眠策略以及降雨對系統(tǒng)帶來的影響。該策略實現(xiàn)了RRU基于環(huán)境變化變形,提高了網絡的能效的靈活性。針對傳統(tǒng)調度算法不適用于MTC,而虛擬化資源管理沒有考慮多業(yè)務特性的情況,本文設計了基于虛擬化的多業(yè)務資源管理策略。我們基于變形網絡,采用了以業(yè)務為中心的虛擬化模型,并且依據此模型設計了虛擬基站,在虛擬基站中將多業(yè)務資源管理問題解耦成虛擬網絡間的資源分配和虛擬網絡內的資源調度問題。虛擬網絡間的資源分配問題被建模成一個NP-hard的優(yōu)化問題,我們設計啟發(fā)式算法求取次優(yōu)解,而虛擬網絡內的資源調度問題就是調度算法設計問題,我們?yōu)閷ｉT服務不同業(yè)務的虛擬網絡設計了不同的調度算法。在仿真中,我們首先證明了這些調度算法的性能優(yōu)勢,其次,我們證明了該資源管理方案符合虛擬化的自定義、隔離、高資源利用率等特性。最后我們分析了設計的資源管理方案的整體性能,證明了該方案可以良好的解決多業(yè)務資源管理問題。該策略實現(xiàn)了BBU基于多業(yè)務變形,提高了網絡的譜效的靈活性。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

３Ｇ引入的技術包括：寬帶碼分多址、通用移動通信系統(tǒng)（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ?Ｍｏ？??ｂｉｌｅ?Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ?Ｓｙｓｔｅｍｓ，?ＵＭＴＳ）?和?ＣＤＭＡ２０００。?另外演變數據優(yōu)化??（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ－Ｄａｔａ?Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ＥＶＤＯ）以及高速上／下行分組接入（印￡１１５口沈（１１＾－??ｌｉｎｋ／Ｄｏｗｎｌｉｎｋ?Ｐａｃｋｅｔ?Ａｃｃｅｓｓ，ＨＳＵＰＡ／ＨＳＤＰＡ）造就了?３Ｇ?和?４Ｇ?（４ｔｈ?Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）??中間的一代通信系統(tǒng)，就是３．５Ｇ。??３．９Ｇ?即長期演進技術（Ｌｏｎｇ－Ｔｅｒｍ?Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，?ＬＴＥ），它提升了網??絡容量，可以給大量用戶提供高速寬帶接入服務，比如視頻、點對點文件共享和??綜合網絡服務。與此同時，由于有額外的頻譜資源可用，系統(tǒng)可以更好的管理網??絡，使用較小的代價來提供更大的覆蓋、更好的性能。??４Ｇ網絡架構可以向下兼容３Ｇ和２Ｇ，其標準ＬＴＥ?Ａｄｖａｎｃｅｄ由第三代伙伴??計劃（３ｒｄ?Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ?Ｐｒｏｊｅｃｔ，?３ＧＰＰ）完成。通過完整可靠的基于?ＩＰ??的解決方案，４Ｇ改善了通信網絡。４Ｇ可以隨時隨地給用戶提供語音、數據和多??媒體業(yè)務，并且相比于前幾代的系統(tǒng)數據速率更高。４Ｇ網絡中開創(chuàng)性提供的服??務是：多媒體信息服務（包括聲音、圖片、動畫等）、高清移動電視、數字視頻??廣播、視頻聊天ＰＡ。??豐??

整體來說良好地解決了多業(yè)務資源管理問題，提高了網絡的譜效??和多業(yè)務管理的靈活性，實現(xiàn)了基于多業(yè)務的ＢＢＵ變形。??為了更好的展現(xiàn)出本文的三個研宄點之間的關系，在圖１．３中我們給出了它??們之間的邏輯關系，本文的三個研究點的關系如下：從研究目標來講，內容一是??為了緩解網絡僵化，提高網絡靈活性，內容二是為了應對環(huán)境變化以提升網絡靈??活性，內容三是為了應對業(yè)務多樣以提升網絡靈活性，三者都是為了解決網絡現(xiàn)??有的問題提升其性能，給用戶提供更好的服務。從研宄內容上來講，內容一是總??體的結構設計，內容二是該變形網絡ＲＲＵ變形能力的策略實現(xiàn)，內容三是ＢＢＵ??變形能力的策略實現(xiàn)，內容一是二和三的基礎和框架，內容二和三是一的具體實??現(xiàn)。三者之間聯(lián)系緊密構成一個完整的邏輯整體。??研究點１：變形網絡結構設計??針對結構價化設計變形網絡結構，??提升網絡炅活性??ＲＲＵ?變?ＢＢＵ?變??形?略??研究點２：環(huán)關細動態(tài)基站管ｓ?＾＊３：??通過針對環(huán)境變化實現(xiàn)ＲＲＵ變形以提?通過針對業(yè)務多樣實現(xiàn)ＢＢＵ變形以提??升能效和網絡靈活性?升譜效和網絡靈活性??圖１．３研宄內容邏輯關系圖??１．４．３本文的結構??全文共分為６章。??第一章是緒論

?第２章相關工作介紹???上接收相同的處理。流抽象允許統(tǒng)一不同類型的網絡設備的行為，包括路??由器，交換機，防火墻和中間盒。流編程實現(xiàn)了前所未有的靈活性。??３．控制邏輯被移動到外部實體，即所謂的ＳＤＮ控制器或網絡操作系統(tǒng)（Ｎｅｔ？??ｗｏｒｋ?Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ?Ｓｙｓｔｅｍ，?ＮＯＳ）。?ＮＯＳ?是?一＂ｔ＂軟件平臺，運行在商用服務器??上，提供必要的資源和抽象，以便于基于邏輯集中的抽象網絡視圖對轉發(fā)??設備進行編程。因此，其目的與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)類似。??４．網絡可通過在ＮＯＳ之上運行的軟件應用程序進行編程，該應用程序與底??層數據平面設備交互。這是ＳＤＮ的一個基本特征，也是其主要價值主張。??值得注意的是，控制平面的邏輯集中特別提供了一些額外的好處。首先，與??低層設備使用特定配置相比，通過高級語言和軟件組件修改網絡策略更簡單，更??不容易出錯。其次，控制程序可以自動對網絡狀態(tài)的虛假變化做出反應，從而保??持高級策略的完整性。第三，控制邏輯在具有全局網絡狀態(tài)知識的控制器中的集??中化，這樣可以簡化更復雜的網絡功能、服務和應用的開發(fā)。??
【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 關芳;;虛擬網絡技術在計算機網絡中的應用研究[J];信息與電腦(理論版);2019年01期

2 賈偉;夏靖波;;網絡虛擬化環(huán)境下虛擬網絡資源描述及發(fā)現(xiàn)模型[J];微電子學與計算機;2016年01期

3 甘露;曹幫琴;;計算機網絡安全中虛擬網絡技術的運用[J];時代農機;2016年04期

4 陳杰新;;信息安全中虛擬網絡技術的應用研究[J];科技經濟導刊;2016年13期

5 劉培;;淺談計算機網絡安全中虛擬網絡技術的作用[J];通訊世界;2015年11期

6 朱強;王慧強;馬春光;馮光升;呂宏武;;虛擬網絡可生存的啟發(fā)式可靠映射算法[J];通信學報;2015年07期

7 卜雪梅;;大學生虛擬網絡群體核心價值觀教育芻議[J];中國成人教育;2015年17期

8 谷寅;陳鵬宇;;虛擬網絡建設思考與實現(xiàn)[J];考試周刊;2016年99期

9 晁俊杰;;虛擬網絡技術在計算機網絡安全中的有效運用[J];同行;2016年08期

10 朱學怡;;關于奔跑的愛與恨[J];新作文(初中版);2017年Z1期

相關博士學位論文 前10條

1 李樂天;變形網絡中的資源管理研究[D];中國科學技術大學;2019年

2 王曉雷;5G網絡切片的虛擬資源管理技術研究[D];戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學;2018年

3 柳旭;動態(tài)環(huán)境下的虛擬網絡映射算法研究[D];北京郵電大學;2018年

4 張勝;面向高效資源分配的虛擬網絡部署問題研究[D];南京大學;2014年

5 陳茂科;隧道虛擬網絡行為的建模和分析[D];清華大學;2004年

6 丁健;網絡虛擬化中的虛擬網絡映射技術研究[D];北京郵電大學;2015年

7 楊宇;網絡虛擬化資源管理及虛擬網絡應用研究[D];北京郵電大學;2013年

8 劉光遠;可靠的虛擬網絡映射算法研究[D];北京郵電大學;2014年

9 豐旻;虛擬網絡映射算法與機制研究[D];北京郵電大學;2016年

10 陳曉華;高效節(jié)能虛擬網絡映射模型與算法研究[D];華東師范大學;2016年

相關碩士學位論文 前10條

1 程麗潔;基于空分復用彈性光網絡的虛擬網絡映射機制研究[D];北京郵電大學;2019年

2 鄒健;SDN中虛擬網絡服務編排與快速遷移系統(tǒng)[D];北京郵電大學;2019年

3 顧云;基于強化學習的SDN多級虛擬網絡映射研究[D];北京郵電大學;2019年

4 孫培巖;基于SDN控制器中ONOS框架的虛擬網絡映射系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D];鄭州大學;2019年

5 胡堯;大規(guī)模虛擬網絡鏡像分發(fā)優(yōu)化策略研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

6 張琦佳;虛擬網絡映射模型及優(yōu)化算法研究[D];山東大學;2018年

7 鄭斗;彈性光網絡中動態(tài)虛擬網絡映射算法研究[D];河北工程大學;2018年

8 孫奧;面向網安試驗的大規(guī)模虛擬網絡映射算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

9 劉建鑫;水下光網絡路由技術及虛擬網絡映射算法研究[D];大連理工大學;2018年

10 黃麗萍;無線虛擬網絡映射算法研究[D];南京郵電大學;2018年

本文編號：2856425