發(fā)布時(shí)間：2019-01-24 12:41

【摘要】：鐵路作為國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施、國民經(jīng)濟(jì)的大動脈和大眾化的交通工具,是國家綜合交通運(yùn)輸體系的骨干。近年來,高速鐵路在全球范圍得到了快速發(fā)展,中國已經(jīng)成為世界高速鐵路建設(shè)里程最長的國家。高速鐵路是中國“走出去”戰(zhàn)略的重要載體,規(guī)�；母咚勹F路網(wǎng)絡(luò)將對于現(xiàn)有交通運(yùn)輸格局產(chǎn)生根本影響,對于國計(jì)民生和現(xiàn)代化建設(shè)具有重要的戰(zhàn)略意義。面向高速鐵路的移動通信系統(tǒng)是保障高速鐵路安全、有效運(yùn)行的神經(jīng)中樞,尤其在提供列車與地面間數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸方面起到至關(guān)重要的作用。未來高速鐵路移動通信系統(tǒng)不僅要為高速列車安全運(yùn)行提供控制與監(jiān)測業(yè)務(wù),還要為旅客提供不同服務(wù)質(zhì)量需求的多媒體業(yè)務(wù)。為了保證高效、可靠、實(shí)時(shí)的差異化業(yè)務(wù)傳輸,同時(shí)提升高速鐵路移動通信系統(tǒng)性能,研究適用于高速鐵路移動通信系統(tǒng)的資源管理方法具有重要意義。本論文針對高速鐵路移動通信動態(tài)特性和差異化業(yè)務(wù)需求,采用數(shù)學(xué)建模、理論分析、系統(tǒng)仿真相結(jié)合的思想,圍繞著高速鐵路移動通信中動態(tài)資源分配與調(diào)度設(shè)計(jì)問題展開研究。論文的創(chuàng)新性工作主要包括如下幾個方面：1)針對差異化業(yè)務(wù)需求和信道變化特點(diǎn),研究高速鐵路移動通信中基于效用函數(shù)的資源管理問題,對業(yè)務(wù)間資源分配和時(shí)間上功率控制進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。該聯(lián)合優(yōu)化問題建模為混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題,通過問題松弛與變換,利用二分搜索法和貪婪算法進(jìn)行求解。理論推導(dǎo)和仿真結(jié)果表明,利用帶權(quán)重的比例公平效用函數(shù)能夠兼顧功率效率與速率穩(wěn)定兩方面目標(biāo),實(shí)現(xiàn)時(shí)間上功率分配和每個業(yè)務(wù)時(shí)間上資源分配的比例公平。2)考慮通信系統(tǒng)動態(tài)特性和可靠性需求,研究基于分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的高速鐵路移動通信系統(tǒng)中動態(tài)資源管理問題,聯(lián)合優(yōu)化資源分配、功率控制和接入控制。建立基于跨層設(shè)計(jì)的動態(tài)資源管理框架,將動態(tài)資源管理問題建模為隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題,利用李雅普諾夫方法提出基于內(nèi)容控制器間協(xié)作和分布式計(jì)算的動態(tài)資源管理算法。理論分析和仿真驗(yàn)證表明算法能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)傳輸所得效用值與隊(duì)列積壓的折中關(guān)系,同時(shí)算法具有低復(fù)雜度和高魯棒性。3)在基于移動中繼的高速鐵路移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下,考慮兩跳無線信道動態(tài)變化、數(shù)據(jù)包隨機(jī)到達(dá)和業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延需求,研究下行兩跳鏈路業(yè)務(wù)調(diào)度問題。將問題建模為約束馬爾科夫決策過程,利用簡化狀態(tài)最優(yōu)方程和值函數(shù)近似降低問題維度,克服馬爾科夫決策模型的狀態(tài)空間爆炸問題�；陔S機(jī)學(xué)習(xí)理論和投影次梯度方法,提出兩跳鏈路下分布式在線業(yè)務(wù)調(diào)度策略,并給出該策略在高速鐵路移動通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)機(jī)制。仿真驗(yàn)證所提出調(diào)度算法的收斂性,同時(shí)說明其顯著提高端到端平均時(shí)延和業(yè)務(wù)投遞性能。4)考慮較為實(shí)際的有限碼長容量公式,研究高速鐵路移動通信中面向可靠傳輸和時(shí)延敏感的高能效數(shù)據(jù)包調(diào)度問題,對數(shù)據(jù)包碼長和發(fā)送功率進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。利用隱函數(shù)定理證明在一定碼長范圍內(nèi)能量函數(shù)與碼長間保持單調(diào)性和凸性。對于離線調(diào)度問題為凸優(yōu)化問題和非凸優(yōu)化問題兩種情況,分別提出基于遞歸搜索方法和基于連續(xù)上界最小化方法的迭代算法。利用離線算法的思想,提出基于滑動窗口的在線數(shù)據(jù)包調(diào)度算法。數(shù)值仿真結(jié)果表明基于香農(nóng)公式的傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)低估可靠通信所需能量,進(jìn)而驗(yàn)證所建立數(shù)據(jù)包調(diào)度問題的重要性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U285.21;TN929.5

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本文編號：2414482