异构无线融合网络中无线资源管理关键技术研究

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在业务需求和技术创新双重动力的联合推动下,各种无线接入技术并行的演进形成了当前无线网络异构化的局面;然而,任何一种单一的无线接入技术都无法满足用户所有的业务需求,促使各种无线网络朝着高效协同与融合的方向发展。异构与融合已经成为未来无线通信系统演进的两大特征。由于彼此之间资源形式和管控机制各异,异构无线网络的协同和融合并不是对多种无线接入技术之间简单的叠加,而是对异构网络资源的高效整合和利用。因此,无线资源管理是实现异构无线融合网络有序组织和高效利用的关键技术。一方面,随着用户周边无线网络和终端设备的显著增加,以及融合业务对网络资源需求巨大,异构无线网络及其终端之间协同为用户服务的业务提供方式势在必行。在此情况下,如何有效保证异构无线网络及终端协同下的业务服务质量是异构融合网络亟待解决的首要问题。另一方面,考虑无线接入网络中基站的能耗在全网中占据绝大部分,同时由于各种无线网络的重叠部署以及用户业务请求的“潮汐效应”,异构无线网络在协同节能方面也存在着巨大潜力。因此,面对复杂异构无线环境,迫切需要异构无线网络中高效的无线资源管理机制与算法解决异构融合网络无线资源的动态控制与管理中存在的技术挑战。为了有效解决上述问题,论文紧紧围绕异构融合网络下无线资源管理主题展开研究。以异构融合网络无线资源管控架构和功能实体设计为基础,以网络与终端协同为出发点,分别从系统、终端和网络三方面协同展开无线资源管理机制及算法讨论,旨在形成比较完整的异构融合网络资源管理体系。其中,本文的研究内容及贡献如下:针对异构无线网络中网络及终端协同传输需求,本文讨论了异构融合网络资源管控架构。为了实现网络架构持续演进,本文讨论的异构融合网络资源管控架构是基于异构网络互通架构,并对现网网元功能进行扩展,支持异构网络及其用户终端之间的协同并行传输。该架构在传统网络的控制平面和数据平面以外引入用于支撑抽象网络上下文信息交互的认知平面,通过获取业务域、用户域、终端域以及网络域的上下文信息,支撑业务、资源和连接层面进行跨域、跨层的联合管理与控制,实现异构网络中资源有序组织和高效利用。异构无线网络中的多无线接入能够突破传统单一网络接入的限制,进行多网络协同并行传输场景中,由于不同无线接入网络的能力不同,势必会对多模终端的业务数据在多个网络中传输造成影响。针对异构无线网络中多无线接入上行场景,提出了异构无线网络中终端发射功率和接入带宽联合分配算法。该算法有效解决异构无线网络协同传输下资源分配问题,并在满足时延受限和尽力而为两类用户业务服务质量需求的前提下,最大化异构网络系统容量。与目前算法相比,仿真实验显示论文所提算法除能显著提高异构网络系统容量以外,还能够有效满足异构用户业务数据的服务质量需求。异构无线网络中用户终端协作无线接入能够有效扩展网络覆盖范围并提高网络资源利用率,如何分配资源并激励用户终端参与协作无线接入需要进一步考虑。针对异构网络中用户终端协作无线接入的应用场景,分别对提供协作无线接入的中继节点和请求协作无线接入的客户节点的效用与成本模型展开深入分析。论文提出了基于斯坦伯格博弈模型定价的带宽分配算法,能够有效提高中继节点的收益和异构网络的资源利用率。通过仿真与目前算法相比较,论文所提算法针对不同用户终端的资源需求进行有区别地分配接入带宽,并且能够有效激励中继节点为其他用户终端提供协作无线接入。异构网络的密集重叠覆盖以及由于人类活动规律造成的无线网络用户业务请求在时域和空域上波动变化。根据业务负载规律通过无线网络之间协同休眠调度能够有效节约能量消耗,并进一步提高无线网络的资源利用率。针对异构网络能量消耗问题,结合异构融合网络重叠覆盖和用户业务请求规律的特点,首先分析了用户请求的时域分布规律,同时在网络基站的能量消耗模型的基础上,提出了基于用户业务请求负载的异构网络协同休眠节能算法。仿真分析表明,协同休眠节能调度算法能够有效根据业务请求负载规律调度异构网络内基站的工作模式,与传统网络工作模式和对比算法相比较,所提算法能够有效地提高网络资源利用,显著降低异构网络系统能耗。论文最后对全文进行总结,并针对异构无线融合网络相关研究方向做出展望。
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