【摘要】：隨著多元化無線業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展,對更高速率和更強(qiáng)計算能力的無線通信系統(tǒng)的渴求也日益迫切。然而,無線通信系統(tǒng)中通信和計算資源是極為稀缺的,如何高效地利用有限的資源,繼而為用戶提供更加可靠、穩(wěn)定的服務(wù)是當(dāng)前面臨的巨大挑戰(zhàn)。不能滿足用戶的超高帶寬、超低時延需求,很容易造成數(shù)據(jù)隊列溢出與數(shù)據(jù)丟失,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)服務(wù)錯誤率激增,系統(tǒng)穩(wěn)定性嚴(yán)重下降,甚至服務(wù)中斷。所以,無線通信系統(tǒng)的隊列穩(wěn)定性是極為關(guān)鍵的,應(yīng)當(dāng)充分予以考量并提供相應(yīng)的保障機(jī)制。本文分別從提高傳輸能力、減少傳輸內(nèi)容以及將業(yè)務(wù)本地化三個方面為無線通信系統(tǒng)的隊列穩(wěn)定性提供保障,并進(jìn)一步優(yōu)化用戶時延。具體工作包括:1、通過頻譜聚合技術(shù)為用戶提供超寬帶的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。本研究針對頻譜聚合系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)包隊列模型,在保證隊列穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,設(shè)計了信道與功率聯(lián)合分配算法,并閉式分析系統(tǒng)平均數(shù)據(jù)包隊列長度。本研究考慮了受限的頻譜聚合能力、頻譜聚合電路能耗、隊列長度估計、信道估計等非理想因素。在同構(gòu)頻譜聚合系統(tǒng)中,設(shè)計了具有時延約束的能量有效調(diào)度算法,并給出系統(tǒng)平均功率和平均時延的閉式折中關(guān)系;在異構(gòu)頻譜聚合系統(tǒng)中,構(gòu)建理論框架充分挖掘干擾控制對異構(gòu)頻譜聚合的本質(zhì)影響,并提出了閉式的修正注水功率分配方案。提出的方案綜合考慮了用戶間干擾、信道條件以及隊列長度等因素的影響,在保障隊列穩(wěn)定性的同時提高頻譜聚合系統(tǒng)性能。分析結(jié)果顯示,平均功率和平均時延呈線性折中;頻譜聚和技術(shù)可以顯著提高傳輸能力,并降低總能耗。2、通過協(xié)作多播中繼技術(shù)支持海量高速數(shù)據(jù)傳輸。本研究在協(xié)作多播中繼系統(tǒng)中建立雙跳協(xié)作多播中繼模型,綜合考慮系統(tǒng)傳輸效率、用戶公平性以及隊列穩(wěn)定性等目標(biāo),研究協(xié)作多播中繼系統(tǒng)的信道分配與中繼節(jié)點選擇算法,并將多播技術(shù)與可伸縮視頻編碼技術(shù)相結(jié)合,從而顯著減少傳輸內(nèi)容。對于該多目標(biāo)優(yōu)化問題,設(shè)計了字典序最優(yōu)的聯(lián)合信道分配與中繼節(jié)點選擇算法,并從幾何角度建立漸近等價分析結(jié)構(gòu),證明了算法的解具有帕累托最優(yōu)性與唯一性;為了保證隊列穩(wěn)定性,本研究建立數(shù)據(jù)包隊列模型,通過采用李雅普諾夫優(yōu)化和強(qiáng)化學(xué)習(xí),提出了一種低開銷的多播中繼選擇方案,并分析了業(yè)務(wù)場景和中繼數(shù)目等系統(tǒng)參數(shù)對算法性能的影響。分析結(jié)果顯示,協(xié)作多播中繼技術(shù)可以顯著減少傳輸內(nèi)容,并改善傳輸條件,繼而從多維度提升系統(tǒng)性能。3、通過移動邊緣計算與內(nèi)容邊緣存儲技術(shù)在離用戶更近的網(wǎng)絡(luò)邊緣提供計算與存儲服務(wù)。為了提升用戶計算服務(wù)質(zhì)量,本研究在移動邊緣計算系統(tǒng)中建立數(shù)據(jù)包與計算雙隊列模型,設(shè)計了基于隊列穩(wěn)定性的聯(lián)合通信與計算資源分配算法,并給出系統(tǒng)平均隊列長度的上界。在此基礎(chǔ)上,考慮用戶和移動邊緣計算服務(wù)器的存儲空間受限,對離散時間受控隨機(jī)游走過程進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析,閉式得到了系統(tǒng)時延性能;為了提升用戶數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量,本研究在節(jié)點存儲系統(tǒng)中建立了包含請求隊列和數(shù)據(jù)隊列子系統(tǒng)的雙隊列系統(tǒng),并且設(shè)計了請求、數(shù)據(jù)隊列之間的動態(tài)映射,以在本地提取全網(wǎng)中的數(shù)據(jù)需求和網(wǎng)絡(luò)擁塞信息。通過隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)效用最大化的方法,設(shè)計了一種低開銷的分布式轉(zhuǎn)發(fā)與存儲算法。分析結(jié)果顯示,通過與移動設(shè)備建立更緊密相連的計算與存儲能力,可以顯著改善用戶的計算與傳輸條件,減少傳輸內(nèi)容,從而有效降低通信時延。
【圖文】：

本文旨在研究無線通信系統(tǒng)中基于隊列穩(wěn)定性的通信與計算資源分配算法，并在系統(tǒng)逡逑穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化時延、能耗等關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)計最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)資源配置策略。主逡逑要研究內(nèi)容的結(jié)構(gòu)安排如圖１－１所示。為了應(yīng)對由于無線網(wǎng)絡(luò)接入用戶數(shù)目持續(xù)增長，以逡逑及在無線網(wǎng)絡(luò)中為用戶提供的業(yè)務(wù)種類日益增多，造成相應(yīng)的數(shù)據(jù)量和計算量呈指數(shù)型爆逡逑炸式增長這一巨大挑戰(zhàn)，本文從提高傳輸能力，減少數(shù)據(jù)量，，以及將業(yè)務(wù)本地化三個方面逡逑展開研究。其中第二章通過頻譜聚合技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸能力，研究系統(tǒng)能耗、系統(tǒng)穩(wěn)逡逑定性以及用戶時延之間的折中關(guān)系。第三章通過協(xié)作多播中繼技術(shù)減少數(shù)據(jù)傳輸量，考慮逡逑中繼選擇策略對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。第四章通過移動邊緣計算與內(nèi)容邊緣存儲技術(shù)將業(yè)務(wù)逡逑本地化，考慮計算和存儲調(diào)度策略對系統(tǒng)穩(wěn)定性以及用戶時延的影響。從而共同構(gòu)成無線逡逑通信系統(tǒng)中基于隊列穩(wěn)定性的通信與計算資源分配的研究。具體內(nèi)容如下：逡逑第二章研究通過頻譜聚合技術(shù)為用戶提供超寬帶的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。盡管頻譜聚合可以逡逑將分散的頻譜，以及頻譜碎片聚合為完整的、信道容量足夠大的頻譜，從而充分利用頻譜逡逑異質(zhì)性，實現(xiàn)系統(tǒng)層面的頻率選擇性分集，提高設(shè)備傳輸能力。但是共享使用頻譜可能對逡逑系統(tǒng)穩(wěn)定性以及用戶時延帶來潛在的影響。為從理論上分析頻譜聚合技術(shù)對系統(tǒng)能耗與用逡逑戶時延的影響

２．１．１．２頻譜聚合電路模型逡逑盡管頻譜聚合可以通過不同的電路實現(xiàn)［７５，７６］，但是其共同特征之一是由同一用戶聚合逡逑的信道可以共享一部分電路模塊�？紤]到頻譜聚合電路的具體結(jié)構(gòu)，如圖２－１所示，本文逡逑將頻譜聚合電路劃分為兩部分：逡逑１８逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN92

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本文編號：2682629