發(fā)布時(shí)間：2020-05-30 21:11

【摘要】：為了應(yīng)對(duì)5G不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求,降低運(yùn)營(yíng)成本,云無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)(Cloud Radio Access Network,C-RAN)作為一種可能的5G系統(tǒng)架構(gòu)受到了廣大研究者的關(guān)注。C-RAN將實(shí)現(xiàn)計(jì)算處理功能的基帶處理單元(Baseband Unit,BBU)集中在一起構(gòu)成BBU池,通過光纖連接分布式的拉遠(yuǎn)射頻單元(Remote Radio Head,RRH)來搭建無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。C-RAN系統(tǒng)能夠利用云計(jì)算技術(shù)降低系統(tǒng)的整體消耗、提高資源利用率并提升網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性。但同時(shí),如何合理地對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估,并對(duì)系統(tǒng)的資源進(jìn)行合理的調(diào)度和分配也成為了影響C-RAN技術(shù)發(fā)展的瓶頸。為了解決以上問題,本論文對(duì)C-RAN系統(tǒng)中的性能評(píng)估和資源分配問題進(jìn)行了研究。首先,對(duì)構(gòu)成C-RAN系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)軟件定義無(wú)線電(Software Defined Radio,SDR)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究,搭建了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試,為后續(xù)的研究提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和支撐;其次,根據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的相關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),構(gòu)建了基于SDR技術(shù)的C-RAN系統(tǒng)模型,并對(duì)該系統(tǒng)下的BBU負(fù)載均衡問題進(jìn)行了研究;最后,通過結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù),擴(kuò)展了之前的C-RAN系統(tǒng)模型,針對(duì)該系統(tǒng)下的多業(yè)務(wù)并存場(chǎng)景進(jìn)行了無(wú)線資源調(diào)度問題的研究。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1、SDR測(cè)試平臺(tái)調(diào)研與搭建SDR技術(shù)是構(gòu)建C-RAN中的BBU池并進(jìn)行負(fù)載均衡的關(guān)鍵技術(shù),該技術(shù)的發(fā)展程度對(duì)于C-RAN的實(shí)際部署具有重要的影響。在第二章中,通過對(duì)目前SDR技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研,選取了OpenAirInterface(OAI)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建,并對(duì)其相關(guān)模塊的具體結(jié)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行了研究和評(píng)估。之后對(duì)跨層優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),在該平臺(tái)下對(duì)實(shí)際的視頻流傳輸進(jìn)行了優(yōu)化。最后通過具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展示了OAI平臺(tái)的系統(tǒng)性能和跨層優(yōu)化的實(shí)際效果,結(jié)果表明,OAI平臺(tái)由于可以實(shí)現(xiàn)完整協(xié)議棧的實(shí)時(shí)處理功能,其系統(tǒng)參數(shù)可用于構(gòu)建基于SDR的C-RAN系統(tǒng)模型�？鐚觾�(yōu)化技術(shù)在SDR技術(shù)支持下具有良好的實(shí)現(xiàn)效果,通過合理調(diào)度無(wú)線資源去優(yōu)化系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量是一個(gè)可行的方案。2、C-RAN系統(tǒng)中BBU負(fù)載均衡問題研究C-RAN系統(tǒng)的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)就是將資源消耗最多的運(yùn)算處理模塊集中在BBU池中進(jìn)行調(diào)度,所以BBU池中資源的利用率對(duì)于系統(tǒng)整體性能的優(yōu)劣起著決定性的作用,如何更合理地設(shè)計(jì)BBU池中的資源分配方案就成為了提高C-RAN系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。本論文第三章在第二章的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于SDR的C-RAN系統(tǒng)模型,并對(duì)該系統(tǒng)下SDR、虛擬機(jī)(Virtual Machine,VM)熱遷移、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)研究,對(duì)無(wú)線資源浪費(fèi)、計(jì)算資源浪費(fèi)、遷移資源損耗進(jìn)行了研究和計(jì)算,通過將三者進(jìn)行加權(quán)構(gòu)建了綜合評(píng)估函數(shù)。在第四章中,基于第三章提出的綜合評(píng)估函數(shù),提出了一種可以動(dòng)態(tài)調(diào)整BBU負(fù)載的優(yōu)化方案。最后,通過仿真分析分別對(duì)第三章提出的評(píng)估方案和第四章的優(yōu)化算法進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,本論文提出的綜合評(píng)估方案可以有效對(duì)C-RAN的系統(tǒng)綜合性能進(jìn)行評(píng)估,而所提出的BBU資源調(diào)度優(yōu)化算法則可以有效地平衡BBU池中的負(fù)載,以較低的切換損耗將整個(gè)系統(tǒng)維持在穩(wěn)定的優(yōu)化狀態(tài)中。3、網(wǎng)絡(luò)切片系統(tǒng)中切片調(diào)度問題研究基于第二章的跨層優(yōu)化實(shí)例,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù),在第五章中構(gòu)建了切片調(diào)度系統(tǒng)模型,該系統(tǒng)下,高可靠低延遲通信(ultra Reliable Low Latency Communication,uRLLC)、增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(enhanced Mobile Broadband,eMBB)和海量機(jī)器類通信(massive Machine Type Communication,mMTC)業(yè)務(wù)共享無(wú)線傳輸資源。然后對(duì)其中的數(shù)據(jù)包傳輸機(jī)制進(jìn)行了研究,同時(shí)提出了綜合性的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)評(píng)估方案。并利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)相關(guān)算法調(diào)整了系統(tǒng)切片的的調(diào)度方式,對(duì)三種業(yè)務(wù)的QoS進(jìn)行了優(yōu)化。最后,仿真結(jié)果表明,強(qiáng)化學(xué)習(xí)優(yōu)化算法能夠在無(wú)線資源有限的情況下,盡可能地滿足不同業(yè)務(wù)的QoS需求。
【圖文】：

圖１－１邋Ｃ－ＲＡＮ結(jié)構(gòu)圖逡逑接入網(wǎng)絡(luò)（Ｃ－ＲＡＮ）是由傳統(tǒng)的分布式基站網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)而來網(wǎng)絡(luò)中，基帶處理單元和無(wú)線射頻單元集成在一起，，構(gòu)成基站各自服務(wù)自己所覆蓋的小區(qū)，資源獨(dú)立。在４Ｇ的架通過Ｘ２接口ｔ３］進(jìn)行交互和合作，但是各自的處理資源仍國(guó)移動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果［２］，目前的ＲＡＮ架構(gòu)消耗了大量的電力站的電力消耗。運(yùn)營(yíng)商為了增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，給用戶接的手段就是增加基站的部署數(shù)量和密度，而基站數(shù)量的資源包括電力資源的消耗。另外，傳統(tǒng)ＲＡＮ架構(gòu)對(duì)于多是另外一項(xiàng)關(guān)鍵缺陷。實(shí)際部署的基站往往都服從各廠商商通常需要從廠商購(gòu)置一整套的通信設(shè)備進(jìn)行基站的部署２逡逑

圖１－２文章結(jié)構(gòu)圖逡逑第二章對(duì)Ｃ－ＲＡＮ網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的ＳＤＲ技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研，分析了邋ＳＤＲ技術(shù)的逡逑研究現(xiàn)狀，選取了相對(duì)完善的ＯＡＩ開源平臺(tái)進(jìn)行了邋ＳＤＲ實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建。詳細(xì)逡逑介紹了邋ＯＡＩ平臺(tái)的組織結(jié)構(gòu)和相關(guān)功能特性，同時(shí)通過對(duì)該平臺(tái)的相關(guān)模塊進(jìn)逡逑行優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了邋２０ＭＨｚ帶寬ＴＤＤ邋ＬＴＥ測(cè)試平臺(tái)的搭建。在該實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，逡逑使用商用手機(jī)進(jìn)行了接入測(cè)試和相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)測(cè)試，同時(shí)搭建了對(duì)視頻流的跨層逡逑優(yōu)化實(shí)例。之后，通過對(duì)視頻播放效果進(jìn)行分析證實(shí)了跨層優(yōu)化的可行性，并對(duì)逡逑ＯＡＩ平臺(tái)的各模塊耗時(shí)規(guī)律進(jìn)行了測(cè)試和分析。最后，基于該章節(jié)的研究成果，逡逑提出了基于ＳＤＲ技術(shù)的Ｃ－ＲＡＮ架構(gòu)下的關(guān)鍵研究點(diǎn)，為后續(xù)章節(jié)提供了實(shí)驗(yàn)逡逑基礎(chǔ)。逡逑第三章研宄了基于ＳＤＲ的Ｃ－ＲＡＮ網(wǎng)絡(luò)ＢＢＵ池中資源管理的相關(guān)機(jī)制和系逡逑統(tǒng)性能。首先分析了邋ＳＤＲ系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)包傳輸機(jī)制以及以虛擬機(jī)遷移為技術(shù)實(shí)逡逑現(xiàn)手段的ＢＢＵ－ＲＲＨ切換機(jī)制，同時(shí)介紹了基本的ＢＢＵ－ＲＲＨ切換方案。接著通逡逑過對(duì)Ｃ－ＲＡＮ數(shù)據(jù)傳輸模型進(jìn)行分析，引入了無(wú)線資源浪費(fèi)、計(jì)算資源浪費(fèi)和遷逡逑移資源損耗的概念，并通過功耗模型的構(gòu)建，完善了整個(gè)系統(tǒng)性能評(píng)體系。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：2688726