【摘要】：基于云計算的無線接入網(wǎng)絡(luò)(C-RAN)中基帶處理單元(BBU)集中化管控的特點(diǎn)有利于移動網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合的資源分配和數(shù)據(jù)處理,低功耗、精簡的遠(yuǎn)端射頻單元(RRU)則利于密集化的小區(qū)部署,增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和容量。前傳作為BBUs和RRUs之間信息交互的高速通道,在C-RAN網(wǎng)絡(luò)中扮演著重要的角色。傳統(tǒng)的光纖技術(shù)承載的前傳網(wǎng)絡(luò)中鏈路分配相對固定,架構(gòu)不靈活,造成前傳資源分配低效;承載能力受限的前傳網(wǎng)絡(luò)和日益增長的業(yè)務(wù)帶寬需求之間也產(chǎn)生了沖突;不斷擴(kuò)大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模造成了更多的能量消耗。本文在不同的應(yīng)用場景下,深入分析和開展了光纖技術(shù)承載的前傳網(wǎng)絡(luò)中的資源分配、負(fù)載均衡、帶寬分配、能量效率等研究工作,從而盡可能提升前傳網(wǎng)絡(luò)的性能。本文主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下方面:(1)提出了一種時分與波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(TWDM-PON)承載的前傳網(wǎng)絡(luò)中基于小區(qū)工作模式的資源調(diào)度分配算法。該算法針對C-RAN網(wǎng)絡(luò)中的潮汐現(xiàn)象,基于小區(qū)激活、休眠等不同的工作模式,結(jié)合TWDM-PON時分復(fù)用和波分復(fù)用的特點(diǎn),在滿足小區(qū)帶寬需求、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞燃s束條件的情況下,動態(tài)靈活地調(diào)整前傳中波長的分配,盡可能的減少不必要的資源浪費(fèi)。同時,該算法在控制小區(qū)業(yè)務(wù)遷移的情況下,通過合理分配不同波長之間承載的業(yè)務(wù)量,降低了前傳網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載不均衡。仿真結(jié)果表明,相比傳統(tǒng)資源分配低效、架構(gòu)不靈活的前傳網(wǎng)絡(luò),本文提出的TWDM-PON承載的前傳中基于小區(qū)工作模式的資源調(diào)度分配算法在均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的同時,隨著網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)和休眠小區(qū)數(shù)量的變化,能夠節(jié)省大約12%-87%的波長資源。此外,在算法實(shí)現(xiàn)過程中提出的自適應(yīng)并行遺傳算法相比非線性整型規(guī)劃方法在獲得可比擬的優(yōu)化結(jié)果的同時,具有更低的時間復(fù)雜度,更適合于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)場景。(2)提出了一種面向多點(diǎn)協(xié)作傳輸?shù)那皞骶W(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度分配算法。該算法主要解決多個小區(qū)向邊緣移動用戶聯(lián)合發(fā)送業(yè)務(wù)內(nèi)容時在前傳網(wǎng)絡(luò)中造成的相同數(shù)據(jù)冗余傳輸?shù)膯栴}。其創(chuàng)新點(diǎn)在于通過結(jié)合小區(qū)聯(lián)合發(fā)送機(jī)制、TWDM-PON下行廣播特點(diǎn),靈活的將前傳數(shù)據(jù)冗余傳輸問題轉(zhuǎn)換為協(xié)作小區(qū)簇分配對應(yīng)從屬虛擬光網(wǎng)絡(luò)的問題,然后通過小區(qū)劃分、前傳網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu),減少冗余數(shù)據(jù)傳輸,提升網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配效率。仿真結(jié)果表明,在限定協(xié)作小區(qū)簇大小以及用戶平均請求帶寬的情況下,隨著邊緣小區(qū)移動用戶的增加,前傳帶寬分配效率最大可提升約65%,當(dāng)小區(qū)簇數(shù)目增加時,不同情況下前傳帶寬分配效率有約15%-1 8%的增量。(3)提出了一種面向多媒體組播和異步傳輸?shù)那皞骶W(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度分配算法。該算法主要針對組播過程中向不同用戶發(fā)送相同內(nèi)容造成的前傳網(wǎng)絡(luò)帶寬額外消耗的問題,在前傳下行資源分配過程中考慮組播流數(shù)目、組播流平均速率以及組播用戶組的大小等因素,靈活地構(gòu)建前傳拓?fù)?使得接收相同組播內(nèi)容的用戶和小區(qū)盡可能由少量的波長資源服務(wù),然后利用TWDN-PON下行廣播的方式避免帶寬額外的消耗,提升前傳帶寬分配效率。此外,通過采用異步傳輸?shù)姆绞綄椥缘臉I(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到非峰值階段發(fā)送,也一定程度緩解了前傳傳輸?shù)膲毫Α７抡娼Y(jié)果表明,在限定多媒體組播流平均速率以及多媒體組播流數(shù)目的情況下,隨著組播用戶組中平均用戶數(shù)量的增加,前傳帶寬效率最大可提升約45%。此外,采用異步傳輸?shù)姆绞?前傳波長資源使用的最大峰均值比下降了約32%。(4)提出了一種TWDM-PON承載的前傳網(wǎng)絡(luò)中的能量分配算法。該算法針對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大與能量消耗之間的矛盾,通過考慮前傳中有源器件的能量消耗和工作模式,構(gòu)建了前傳能量消耗模型,并基于業(yè)務(wù)變化動態(tài)的調(diào)整前傳網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜陀性雌骷墓ぷ髂Ｊ?從而實(shí)現(xiàn)能量效率的提升。仿真結(jié)果表明,相比傳統(tǒng)能量供給固定,低效的前傳網(wǎng)絡(luò),在業(yè)務(wù)低谷階段,前傳能量效率最大可提升約88%。
【圖文】：

的前傳網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸冗余的問題；多媒體組播機(jī)制中向不同用戶組發(fā)送相同組播逡逑內(nèi)容造成的前傳網(wǎng)絡(luò)帶寬額外消耗以及彈性業(yè)務(wù)采用異步傳輸機(jī)制降低前傳網(wǎng)逡逑絡(luò)傳輸壓力的問題；前傳網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗問題。論文研究工作的示意圖如圖１－逡逑１所示。逡逑本文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：逡逑（１）邋ＴＷＤＭ－ＰＯＮ承載的前傳網(wǎng)絡(luò)中基于小區(qū)工作模式的資源分配調(diào)度機(jī)逡逑制研宄。逡逑Ｃ－ＲＡＮ網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的區(qū)域中，隨著移動用戶在一天當(dāng)中的位置變化，不同小區(qū)逡逑在不同時間段的業(yè)務(wù)量具有顯著的差異，在整個網(wǎng)絡(luò)中具有明顯的潮汐現(xiàn)象。前逡逑傳作為ＢＢＵｓ和ＲＲＵｓ之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾獦蛄�，并不能像傳統(tǒng)Ｃ－ＲＡＮ中那樣逡逑將其視為透明的數(shù)據(jù)傳輸通道。在此背景下，本部分針對Ｃ－ＲＡＮ網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)逡逑潮汐效應(yīng)造成的前傳網(wǎng)絡(luò)資源分配低效的問題，研究了邋ＴＷＤＭ－ＰＯＮ承載的前傳逡逑１４逡逑

逡逑２．１．１．１邐ＴＷＤＭ－ＰＯＮ承載的Ｃ－ＲＡＮ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)逡逑圖２－１所示為ＴＷＤＭ－ＰＯＮ承載的Ｃ－ＲＡＮ網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。ＰＯＮ網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)逡逑廣泛應(yīng)用于不同的固移融合網(wǎng)絡(luò)場景中，，在提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率、緩解網(wǎng)絡(luò)帶逡逑寬壓力等方面起到了重要的作用＞６］。在各具特色的無線和光纖傳輸技術(shù)中，逡逑ＴＷＤＭ－ＰＯＮ架構(gòu)同時采用了波分復(fù)用（ＷＤＭ）和時分復(fù)用（ＴＤＭ）技術(shù)，既逡逑能提升前傳網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量，又能增強(qiáng)前傳網(wǎng)絡(luò)的靈活性，是建立Ｃ－ＲＡＮ網(wǎng)絡(luò)逡逑小區(qū)中ＲＲＵｓ和中心局ＢＢＵｓ之間數(shù)據(jù)傳輸光層鏈路的重要解決方案之一［７］。在逡逑２８逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.1

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本文編號：2622894