【摘要】：隨著移動設備數量的不斷增長和移動數據流量的急速攀升,無線網絡架構已經演化成為日益復雜的異構無線網絡,從而使得依據傳統(tǒng)的人工或半人工的管理方式,無線網絡運維管理和優(yōu)化將變得非常昂貴和脆弱,并且非常耗時。因此,期望未來無線網絡可以實現智能、高效的自主運維管理功能,自主解決無線網絡遇到的網絡問題(網絡中斷,性能下降),提升網絡服務質量,減少網絡能量開銷。具備多種SON功能的自組織網絡被認為是實現網絡智能化的有效工具,通過密集部署的SON功能,在網絡中引入自組織能力,從而實現無線網絡的自配置、自優(yōu)化以及自愈合功能,實現網絡的自主規(guī)劃運維和優(yōu)化管理。然而,面對如今高度動態(tài)的無線網絡場景,尤其是超密無線網絡,如何設計一種綜合高效的自愈合機制,去識別密集網絡中的網絡問題從而減少網絡運維成本和管理開銷,是現在面臨的巨大挑戰(zhàn)。其次,隨著SON功能的密集部署,在同一網絡中,多個不同的SON功能同時運行時,容易導致網絡的參數調整沖突和目標優(yōu)化沖突,從而引發(fā)網絡性能的震蕩。因此,如何設計多個SON功能間的協(xié)同管理模型和協(xié)同機制是無線網絡智能管理面對的關鍵問題。此外,考慮到有限的無線網絡資源(可獲得的帶寬和傳輸功率),以及數據流量到達過程和無線信道的高度動態(tài)特性,如何設計有效的網絡資源管理機制,減少網絡能量開銷,提升網絡性能,從而實現可持續(xù)的網絡自主管理是未來網絡亟需解決的另一關鍵難題。因此,在本論文中,主要工作如下:1.研究了關鍵性能指標信息部分缺失的超密無線網絡中的自愈合問題。提出了一種在部分關鍵性能指標信息缺失場景下的綜合高效的網絡自愈機制,包含小區(qū)中斷檢測機制和中斷補償機制。具體而言,網絡自愈機制主要包含網絡中斷檢測階段和中斷補償階段。首先進行中斷檢測,當檢測到中斷發(fā)生后,進入中斷補償階段,對中斷小區(qū)中的用戶進行補償,確保用戶的正常服務。在中斷檢測階段,基于部分關鍵性能指標信息和用戶位置信息,提出了基于支持向量機描述學習的高效且低復雜度的檢測算法。在中斷補償階段,為補償中斷小區(qū)的用戶,提出了分布式的資源分配算法,描述成混合整數優(yōu)化問題,通過拉格朗日對偶理論求解,從而保證網絡中的負載均衡和用戶的服務質量需求。2.研究了無線網絡中的多個SON功能間的多時間尺度協(xié)同管理問題。提出了多時間尺度的SON功能協(xié)同管理機制。具體而言,把SON功能中的自組織機制刻畫成馬爾科夫控制環(huán),探討了不同時間尺度下的馬爾科夫決策過程。本文把多時間尺度的SON功能協(xié)同管理問題轉化為多時間尺度的馬爾科夫決策過程,不同時間尺度的SON功能對應不同時間尺度的馬爾科夫決策過程,考慮到網絡環(huán)境的動態(tài)變化,本文提出了Q-學習算法求解提出的決策過程。此外,為了提升網絡能量效率,本文設計了多時間尺度的MLB-ESM功能用例,基于設計的網絡效用函數,對無線網絡進行自主優(yōu)化,從而提升無線網絡能量效率,并印證了所提出的多時間尺度協(xié)同管理機制的有效性。最后通過仿真驗證了理論分析和所提算法的有效性。3.研究了基于電網和收集的能量同時供電的網絡中的資源分配問題。通過定義網絡效用函數,考慮無線網絡吞吐量和電網能量開銷等影響,設計了有效的資源分配算法。為了充分利用可再生能源,提出了一個基于能量感知的資源分配算法,從而最大化網絡效用函數,提升網絡性能。本文提出的基于能量感知的資源分配算法不需要任何有關于信道分布、可再生能源到達和數據到達的先驗分布知識,而僅僅需要網絡當前的隊列狀態(tài)信息。因此,本文提出的基于能量感知的資源分配算法,在高度動態(tài)的無線網絡中具有實際的應用價值。此外,本文對所提出的算法進行了性能分析,并提出了一種實現架構,從算法復雜度和信令開銷等方面進行了分析。最后通過仿真驗證了理論分析和所提算法的有效性。4.研究了基于混合供電的多種無線接入網絡中的按需資源分配問題�？紤]到能量收集過程,數據流量到達過程以及時變信道等過程的動態(tài)特性,本文把靈活的能量調度問題描述成最小化電網能量開銷的隨機優(yōu)化問題。具體而言,基于收集能量的稀疏性和不連續(xù)性,本文提出了一種動態(tài)的網絡能量隊列過程模型�；诶钛牌罩Z夫優(yōu)化模型,隨機優(yōu)化問題轉換化為一系列的子優(yōu)化問題,包括網絡數據流量控制子問題,網絡能量管理子問題和網絡資源分配子問題。本文提出了一種靈活的能量調度機制,在此機制中多種無線接入網絡收集的能量可以進行共享,按需進行調度資源,從而有效地減少電網能量開銷,提升收集的能量的利用率。此方法不需要無線信道的先驗知識分布和數據達到狀態(tài)信息,適用于實際的無線系統(tǒng)。此外,本文還探討了電網能量消耗與網絡時延之間的均衡問題,通過理論分析可知,網絡時延與控制參數V存在線性增長的關系,電網能量消耗與控制參數V存在1/V的關系。該研究內容的理論分析可以為基于混合供電的多種無線接入網絡的資源分配提供有效的理論指導。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN92


本文編號：2723884