發(fā)布時間：2020-05-30 21:11

【摘要】：為了應(yīng)對5G不斷增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求,降低運營成本,云無線接入網(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將實現(xiàn)計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)來搭建無線通信網(wǎng)絡(luò)。C-RAN系統(tǒng)能夠利用云計算技術(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,如何合理地對系統(tǒng)性能進(jìn)行評估,并對系統(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C-RAN系統(tǒng)中的性能評估和資源分配問題進(jìn)行了研究。首先,對構(gòu)成C-RAN系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)軟件定義無線電(Software Defined Radio,SDR)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究,搭建了相應(yīng)的實驗平臺進(jìn)行相關(guān)性能測試,為后續(xù)的研究提供了實驗基礎(chǔ)和支撐;其次,根據(jù)實驗平臺的相關(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),擴展了之前的C-RAN系統(tǒng)模型,針對該系統(tǒng)下的多業(yè)務(wù)并存場景進(jìn)行了無線資源調(diào)度問題的研究。論文的主要工作和創(chuàng)新點如下:1、SDR測試平臺調(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)展程度對于C-RAN的實際部署具有重要的影響。在第二章中,通過對目前SDR技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研,選取了OpenAirInterface(OAI)平臺進(jìn)行了實驗環(huán)境的搭建,并對其相關(guān)模塊的具體結(jié)構(gòu)、運行機制進(jìn)行了研究和評估。之后對跨層優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了實現(xiàn),在該平臺下對實際的視頻流傳輸進(jìn)行了優(yōu)化。最后通過具體的實驗數(shù)據(jù)展示了OAI平臺的系統(tǒng)性能和跨層優(yōu)化的實際效果,結(jié)果表明,OAI平臺由于可以實現(xiàn)完整協(xié)議棧的實時處理功能,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現(xiàn)效果,通過合理調(diào)度無線資源去優(yōu)化系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量是一個可行的方案。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)勢就是將資源消耗最多的運算處理模塊集中在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驗基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于SDR的C-RAN系統(tǒng)模型,并對該系統(tǒng)下SDR、虛擬機(Virtual Machine,VM)熱遷移、數(shù)據(jù)傳輸機制進(jìn)行了詳細(xì)研究,對無線資源浪費、計算資源浪費、遷移資源損耗進(jìn)行了研究和計算,通過將三者進(jìn)行加權(quán)構(gòu)建了綜合評估函數(shù)。在第四章中,基于第三章提出的綜合評估函數(shù),提出了一種可以動態(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第三章提出的評估方案和第四章的優(yōu)化算法進(jìn)行了驗證。仿真結(jié)果表明,本論文提出的綜合評估方案可以有效對C-RAN的系統(tǒng)綜合性能進(jìn)行評估,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)、增強型移動寬帶(enhanced Mobile Broadband,eMBB)和海量機器類通信(massive Machine Type Communication,mMTC)業(yè)務(wù)共享無線傳輸資源。然后對其中的數(shù)據(jù)包傳輸機制進(jìn)行了研究,同時提出了綜合性的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)評估方案。并利用強化學(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,強化學(xué)習(xí)優(yōu)化算法能夠在無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移動的統(tǒng)計結(jié)果［２］，目前的ＲＡＮ架構(gòu)消耗了大量的電力站的電力消耗。運營商為了增加無線網(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)對于多是另外一項關(guān)鍵缺陷。實際部署的基站往往都服從各廠商商通常需要從廠商購置一整套的通信設(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，選取了相對完善的ＯＡＩ開源平臺進(jìn)行了邋ＳＤＲ實驗環(huán)境的搭建。詳細(xì)逡逑介紹了邋ＯＡＩ平臺的組織結(jié)構(gòu)和相關(guān)功能特性，同時通過對該平臺的相關(guān)模塊進(jìn)逡逑行優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)了邋２０ＭＨｚ帶寬ＴＤＤ邋ＬＴＥ測試平臺的搭建。在該實驗環(huán)境下，逡逑使用商用手機進(jìn)行了接入測試和相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)測試，同時搭建了對視頻流的跨層逡逑優(yōu)化實例。之后，通過對視頻播放效果進(jìn)行分析證實了跨層優(yōu)化的可行性，并對逡逑ＯＡＩ平臺的各模塊耗時規(guī)律進(jìn)行了測試和分析。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，為后續(xù)章節(jié)提供了實驗逡逑基礎(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)包傳輸機制以及以虛擬機遷移為技術(shù)實逡逑現(xiàn)手段的ＢＢＵ－ＲＲＨ切換機制，同時介紹了基本的ＢＢＵ－ＲＲＨ切換方案。接著通逡逑過對Ｃ－ＲＡＮ數(shù)據(jù)傳輸模型進(jìn)行分析，引入了無線資源浪費、計算資源浪費和遷逡逑移資源損耗的概念，并通過功耗模型的構(gòu)建，完善了整個系統(tǒng)性能評體系。
【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】：TN929.5

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