无线异构网络中流量卸载策略研究

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近年来,随着蜂窝网络中移动设备数量和无线数据流量的爆炸式增长,网络内产生了严重的流量拥塞问题。传统的同构网络已经难以应对数据量的持续增长以及满足用户对于通信质量的要求,异构网络(Heterogeneous Networks,HetNet)作为更加灵活的网络架构模式,逐渐成为学术界和工业界的研究热点。HetNet中,一些低功率节点(Low Power Node,LPN)形成不同的微小区,叠加宏基站覆盖范围下。这些节点大多数部署在宏蜂窝网络热点或盲点区域,能用远小于宏基站的功耗为区域内的用户提供更好的服务,因此将宏小区部分用户数据流量卸载到这些微基站中,被认为是减小宏蜂窝网络负载,提高系统容量,降低系统能耗的一种有效技术手段。然而,如何经济有效地进行流量卸载,涉及到干扰协调,移动性管理,能效等多个方面,另一方面,还要考虑运营商的卸载成本。本文以异构网络为研究背景,展开了相应的流量卸载策略研究,主要解决策略中用户归属问题,目的是实现网络资源的合理分配,提升网络性能。宏微小区处于合作模式下,本文研究流量卸载策略中用户归属和干扰协调联合问题。为权衡系统吞吐量和用户之间的公平性,我们构建以最大化异构网络中最小的用户加权速率为目标的优化问题,求解最优的用户归属和几乎空白子帧(Almost Blank Subframe,ABS)比例。这是一个混合整数非线性规划问题,很难求解,因此我们将原问题分解成两个子问题,首先求解在给定用户归属条件下最优ABS比例问题,推导出相应的最优ABS比例闭合公式;基于这一表达式,迭代求解流量卸载中的用户归属方式,降低计算复杂度。仿真证明所提算法具有较快收敛性,且有助于提高网络资源利用率。宏微小区处于非合作模式下,宏小区用户的接入会占用微小区有限的频带资源,影响微小区用户的容量,因此微小区不愿无偿服务宏小区用户。在这种情况下,本文研究基于拍卖机制的异构网络流量卸载策略,解决策略中宏小区的用户归属和价格支付问题,激励微小区参与流量卸载。首先给出宏微小区相应的报价效益函数,然后从整个网络效益出发,使用线性规划模型求解流量卸载策略中最佳的用户归属方式,并基于VCG(Vickrey Clarke Grove)机制求解宏小区相应的支付价格,保证市场交易的真实性和有效性,提升网络性能。另外提出一个贪婪算法,在保证真实性和有效性的前提下降低计算复杂度。
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