【摘要】：移動(dòng)終端的飛速發(fā)展令無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量呈爆發(fā)式增長(zhǎng),異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous Networks,HetNets)作為一種關(guān)鍵技術(shù),以容納由近數(shù)十億移動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生的交通流量為目的,通過(guò)合理部署小小區(qū)以及網(wǎng)絡(luò)間協(xié)作的方式,推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)靠向用戶,滿足用戶業(yè)務(wù)多樣化需求。資源管理技術(shù)在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特別是無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下多用戶的高效通信中起著決定性的作用,因此該項(xiàng)技術(shù)一直作為無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過(guò)程中的重要研究課題。本文對(duì)下一代無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的資源管理技術(shù)進(jìn)行了研究,并重點(diǎn)涉及網(wǎng)絡(luò)資源分配及共享過(guò)程中存在的用戶通信的可靠性、高效性,以及業(yè)務(wù)獲取的穩(wěn)定性、多樣性等問(wèn)題。在國(guó)家自然科學(xué)基金(no.61540046、no.61601347、no.61771366)以及“111”項(xiàng)目(no.B38038)的共同資助下,本文的主要貢獻(xiàn)總結(jié)如下:1.異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源管理過(guò)程中通信可靠性與業(yè)務(wù)穩(wěn)定性問(wèn)題研究�？紤]到對(duì)用戶通信可靠性和業(yè)務(wù)獲取穩(wěn)定性的影響因素的不同,該部分研究工作從兩個(gè)角度出發(fā)。i)首先,考慮到復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)用戶獲取高質(zhì)量業(yè)務(wù)服務(wù)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn),比如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在信道波動(dòng)、信息反饋受限、信道估計(jì)和量化誤差等因素,導(dǎo)致大量用戶到不同網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信息估計(jì)成本高、難度大。為了確保不完美信道狀態(tài)信息下的用戶通信可靠性,提出了認(rèn)知異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于魯棒性的能效資源優(yōu)化方案,方案考慮信道狀態(tài)信息估計(jì)的不準(zhǔn)確帶來(lái)的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中斷以及授權(quán)網(wǎng)絡(luò)碰撞問(wèn)題,聯(lián)合優(yōu)化子載波和功率分配,以概率約束的形式同時(shí)確保認(rèn)知用戶以及授權(quán)用戶的服務(wù)質(zhì)量需求,并通過(guò)仿真驗(yàn)證了所提方案的有效性和可靠性。ii)其次,考慮到復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中部分網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)不可避免地會(huì)出現(xiàn)故障現(xiàn)象,令其覆蓋范圍內(nèi)的用戶產(chǎn)生業(yè)務(wù)中斷。為了在網(wǎng)絡(luò)故障修復(fù)前確保故障接入點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的用戶業(yè)務(wù)獲取的穩(wěn)定性,提出了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于網(wǎng)絡(luò)自愈合的協(xié)作跨層資源優(yōu)化方案,方案以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)突發(fā)故障為目的,從不同網(wǎng)絡(luò)的物理層以及介質(zhì)訪問(wèn)控制層出發(fā),能夠在確保網(wǎng)絡(luò)公平性的同時(shí)保證故障網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的用戶正常通信,并通過(guò)仿真驗(yàn)證了所提方案的有效性和穩(wěn)定性。2.虛擬化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)獲取多樣性及多資源聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題研究。隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的不斷擴(kuò)大,網(wǎng)絡(luò)所能承載的用戶業(yè)務(wù)以及終端設(shè)備類型也更加豐富。為了支持和促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大量業(yè)務(wù)內(nèi)容的頻繁交付和計(jì)算,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分節(jié)點(diǎn)應(yīng)具備緩存和計(jì)算能力,從而促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)性能的提升、提高用戶獲取業(yè)務(wù)時(shí)的體驗(yàn)質(zhì)量。i)首先,提出了一種新型的虛擬化信息中心異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)框架,框架利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)(Wireless Network Virtualization,WNV)以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Soft-Defined Networking,SDN)的優(yōu)勢(shì),通過(guò)令不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)單元選擇性集成信息中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Information Centric Networking,ICN)以及移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)(Mobile Edge Computing,MEC),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)多樣化、用戶業(yè)務(wù)服務(wù)分類化的目的。ii)其次,基于所提的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)框架,設(shè)計(jì)了一種基于緩存輔助的移動(dòng)邊緣計(jì)算機(jī)制,通過(guò)選擇性緩存計(jì)算前后的內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)降低回程資源消耗以及計(jì)算能耗的目的。根據(jù)該機(jī)制提出了一種聯(lián)合虛擬多資源分配策略,以實(shí)現(xiàn)最大化虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商總收益的目標(biāo),并從降低計(jì)算復(fù)雜度及減小信令開(kāi)銷為出發(fā)點(diǎn),提出了一種基于交替方向乘子法的分布式算法,仿真分析驗(yàn)證了所提方案的有效性以及所提算法的收斂性。iii)再次,基于所提的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)框架,特別針對(duì)未來(lái)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中視頻流量的爆發(fā)式增長(zhǎng)所導(dǎo)致的帶寬資源緊缺問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種基于計(jì)算輔助的信息中心網(wǎng)絡(luò)機(jī)制,通過(guò)緩存部分受歡迎視頻內(nèi)容版本、轉(zhuǎn)碼計(jì)算獲得剩余視頻內(nèi)容版本的方式,為需求不同視頻內(nèi)容的用戶提供服務(wù),從而促進(jìn)視頻內(nèi)容的大量交付并令所交付的視頻內(nèi)容更好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和用戶設(shè)備需求。根據(jù)該機(jī)制提出了一種新型的聯(lián)合虛擬化多資源分配策略,并通過(guò)仿真進(jìn)行驗(yàn)證分析。3.虛擬化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源管理過(guò)程中的用戶通信高效性問(wèn)題研究。基于第二部分研究?jī)?nèi)容,為了進(jìn)一步促進(jìn)所設(shè)計(jì)的聯(lián)合系統(tǒng)的譜效及能效,實(shí)現(xiàn)用戶高效通信的目的,引入了多播波束賦形技術(shù)。首先,提出了一種多小區(qū)多組多播環(huán)境下具備緩存意識(shí)的多播波束賦形設(shè)計(jì)方案,所提方案聯(lián)合優(yōu)化多播模式、緩存策略、以及全網(wǎng)絡(luò)波束賦形矢量,以實(shí)現(xiàn)最小化緩存、計(jì)算、通信能耗的目的;其次,介于所構(gòu)造優(yōu)化方案復(fù)雜度高、求解難度大,設(shè)計(jì)了一種低復(fù)雜度次優(yōu)算法,分步實(shí)現(xiàn)具備緩存意識(shí)的多播方案設(shè)計(jì)以及離散多播波束賦形設(shè)計(jì);再次,為了更好地確保系統(tǒng)可靠性,提出了基于不完美信道狀態(tài)信息的聯(lián)合優(yōu)化策略;最后,通過(guò)仿真對(duì)比分析了不同緩存策略對(duì)多播波束賦形設(shè)計(jì)方案的影響,驗(yàn)證了所提方案的高效性,同時(shí)說(shuō)明了所提算法能夠在較小的性能損失下實(shí)現(xiàn)算法復(fù)雜度大幅度降低的目的。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.5
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