【摘要】：當(dāng)今的無線通信網(wǎng)絡(luò)正經(jīng)歷著巨大的挑戰(zhàn)和深刻的變革,移動(dòng)數(shù)據(jù)量飛速猛增、無線終端海量接入、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型種類日益豐富、無線通信環(huán)境日趨復(fù)雜,為了滿足未來網(wǎng)絡(luò)的種種需求,第五代通信技術(shù)(5G)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)提出了更加嚴(yán)苛的性能指標(biāo)。為了應(yīng)對(duì)5G的要求,融合多種接入技術(shù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)成為了一個(gè)重要的課題,對(duì)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的研究也應(yīng)運(yùn)而生。異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)有很多,比如它可以使網(wǎng)絡(luò)致密化以提供更高的流量密度,它也有多種接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)以滿足不同需求的設(shè)備連接和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。然而,現(xiàn)有關(guān)于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的研究往往只聚焦于蜂窩網(wǎng)絡(luò),缺乏對(duì)其他接入技術(shù)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)融合的研究,或者雖然考慮了多種接入網(wǎng)絡(luò)共存,但對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)孤立研究,缺乏對(duì)它們之間協(xié)同優(yōu)化的思考。本文將圍繞異構(gòu)分層無線網(wǎng)絡(luò)層間優(yōu)化的問題展開研究,重點(diǎn)探究不同接入技術(shù)網(wǎng)絡(luò)共存的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中,各層網(wǎng)絡(luò)之間如何協(xié)作以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體性能的最優(yōu)。研究將按照“理論—技術(shù)和方案—網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”的層次展開,主要有以下四方面的創(chuàng)新與貢獻(xiàn)。1.異構(gòu)分層無線網(wǎng)絡(luò)的密集部署理論針對(duì)由宏基站和小基站構(gòu)成的兩層異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò),研究了基站部署密度與網(wǎng)絡(luò)速率之間的關(guān)系。通過利用泊松點(diǎn)過程建模大規(guī)模隨機(jī)網(wǎng)絡(luò),從概率的角度分別得出了用戶與服務(wù)基站間距離分布的概率密度函數(shù)、用戶連接到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中每一層網(wǎng)絡(luò)的概率,以及網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)站間干擾分布的概率密度函數(shù),推導(dǎo)出了網(wǎng)絡(luò)速率與基站密度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式,并找到了能夠最大化網(wǎng)絡(luò)速率的最佳基站部署密度。研究揭示出網(wǎng)絡(luò)性能與基站密度并非單調(diào)函數(shù)關(guān)系,因此,過分追求基站部署密度的增加并非正確。2.負(fù)載感知的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層間協(xié)同分流策略針對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)與其他非授權(quán)頻段接入技術(shù)網(wǎng)絡(luò)共存的異構(gòu)網(wǎng),研究了各層網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行協(xié)作分流的策略。與以往異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研究只關(guān)注鏈路速率不同,本文充分考慮了 MAC層協(xié)議對(duì)信道吞吐量的影響,這對(duì)基于競(jìng)爭(zhēng)信道的非授權(quán)頻段網(wǎng)絡(luò)非常重要。通過泊松點(diǎn)過程與Markov鏈模型的結(jié)合,本文提出了能夠在隨機(jī)不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中分析競(jìng)爭(zhēng)信道吞吐量的方法,推導(dǎo)得出了信道吞吐量的閉式解,找到了吞吐量與基站發(fā)射功率和部署密度之間的關(guān)系,并據(jù)此分別從功率控制和部署密度角度,提出了針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)情況下的負(fù)載感知的分層異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)分流策略,仿真結(jié)果顯示應(yīng)用本文分流策略比現(xiàn)有技術(shù)能更好地利用信道資源和節(jié)省能耗。3.移動(dòng)節(jié)點(diǎn)輔助的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分流方案針對(duì)城市街道場(chǎng)景下蜂窩基站與具備通信能力的車輛共存組成的混合網(wǎng)絡(luò),研究了利用車輛組成的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)幫助蜂窩基站分流數(shù)據(jù)的方案。通過實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù),本文揭示了無線數(shù)據(jù)流量密度在城市街道沿線分布不均勻的現(xiàn)象,針對(duì)城市路口小區(qū)業(yè)務(wù)過載的問題,提出了一個(gè)車輛輔助的數(shù)據(jù)分流方案。本文引入了交通流理論,將其與通信模型結(jié)合,在很好地建模路口交通特點(diǎn)的同時(shí),得出了分流總數(shù)據(jù)量與方案設(shè)置參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系式,并據(jù)此給出了最優(yōu)的方案參數(shù)設(shè)置。此外,本文設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)該分流方案的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。系統(tǒng)級(jí)仿真得出本分流方案能夠獲得極大的數(shù)據(jù)分流效果。4.支持異構(gòu)分層網(wǎng)絡(luò)協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間封閉和管控僵化的問題,難以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)分層網(wǎng)絡(luò)層間的協(xié)同優(yōu)化,本文通過引入無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化的概念,設(shè)計(jì)了新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的層間協(xié)同。本文給出了無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化的內(nèi)涵與難點(diǎn),介紹了架構(gòu)設(shè)計(jì)的思路,設(shè)計(jì)了異構(gòu)分層協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的邏輯架構(gòu)和功能架構(gòu),該架構(gòu)能夠打破現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的物理隔離,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活管控和資源的有效利用。
【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】：2018
【分類號(hào)】：TN929.5
【圖文】：

圖１－２邋２０丨３－２０１８年全球移動(dòng)數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)逡逑只是挑戰(zhàn)的一部分而已。隨著物聯(lián)㈣技術(shù)的發(fā)展和５Ｇ網(wǎng)絡(luò)對(duì)萬物互聯(lián)愿景的進(jìn)一步推進(jìn)，全球移動(dòng)終端數(shù)量也呈現(xiàn)出爆炸式的發(fā)展，根據(jù)中國(guó)ＩＭＴ－２０２０需求逡逑組的報(bào)告顯示，到２０２０年，全球僅手機(jī)終端數(shù)量就將達(dá)到１０７億部，其中中國(guó)逡逑２２億部，而如果考慮物聯(lián)Ｎ中的其它設(shè)備，如物聯(lián)網(wǎng)家電設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)傳感監(jiān)控逡逑設(shè)備、可穿戴設(shè)備等，根據(jù)愛立信、思科、高通等公司的預(yù)測(cè)，全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)逡逑達(dá)到２５０億部Ｗ。相關(guān)部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖１－３所示。逡逑２逡逑

而如果考慮物聯(lián)Ｎ中的其它設(shè)備，如物聯(lián)網(wǎng)家電設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)傳感監(jiān)控逡逑設(shè)備、可穿戴設(shè)備等，根據(jù)愛立信、思科、高通等公司的預(yù)測(cè)，全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)逡逑達(dá)到２５０億部Ｗ。相關(guān)部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖１－３所示。逡逑２逡逑

逡逑圖１－２邋２０丨３－２０１８年全球移動(dòng)數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)逡逑只是挑戰(zhàn)的一部分而已。隨著物聯(lián)㈣技術(shù)的發(fā)展和５Ｇ網(wǎng)絡(luò)對(duì)萬物互聯(lián)愿景的進(jìn)？逡逑一步推進(jìn)，全球移動(dòng)終端數(shù)量也呈現(xiàn)出爆炸式的發(fā)展，根據(jù)中國(guó)ＩＭＴ－２０２０需求逡逑組的報(bào)告顯示，到２０２０年，全球僅手機(jī)終端數(shù)量就將達(dá)到１０７億部，其中中國(guó)逡逑２２億部，而如果考慮物聯(lián)Ｎ中的其它設(shè)備，如物聯(lián)網(wǎng)家電設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)傳感監(jiān)控逡逑設(shè)備、可穿戴設(shè)備等，根據(jù)愛立信、思科、高通等公司的預(yù)測(cè)，全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)逡逑達(dá)到２５０億部Ｗ。相關(guān)部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖１－３所示。逡逑２逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2801984