低时延无线接入网的路由及资源分配研究

发布时间：2020-03-31 22:41

【摘要】：随着软件定义网络、网络功能虚拟化和移动边缘计算等现代网络技术的发展,无线网络的网络架构和业务支持能力正在产生革新性的变化。在现有4G无线系统中,用于连接无线接入网和核心网的回程正在面临不断增加的无线大数据流量,回程正在成为整个蜂窝系统的一个瓶颈。5G无线系统的设计目标需要包含超高可靠性和超低时延的设计指标,这也推进了高级回程的理论与技术的发展。作为一种可以提供路径分集和快速网络重构的架构,Mesh网络将可能显著提高回程的效率以满足上述需求,它也可能成为未来无线网络的一项关键技术。在进行详细地文献综述之后,本论文的第一个研究内容探讨了超低时延边缘网架构。我们将Mesh网络概念和SDN概念集成到一个边缘网架构,以高效支持具有严格时延要求的实时通信应用。所研究的边缘网包含多个地理位置临近的规模适中的Mesh组件,组件的设计将利于低时延实现,也增强了边缘网的可扩展性。Mesh组件内部采用虚拟交换机制,以实现几乎恒定的回程时延。我们的设计采用最短路径路由和非拒绝方式的网络流量控制机制。其次,我们考虑第二个研究内容,即一种联合的通信和计算设计。我们考虑一种后5G边缘网架构,它针对自动驾驶等应用,即属于计算密集型和延迟敏感型的应用场景。当用户及时体验以及电池寿命期望需求很高时,移动设备的计算量和功耗将显著增加。例如现有无人驾驶车辆的功耗是非常大的。因此,如果我们在Mesh网络附近部署边缘云(Cloudlet)服务器,移动用户就可以将处理大量数据的复杂算法和能量消耗的执行卸载到边缘云服务器上,这样就可以解决低时延低能耗的问题。计算机仿真实验表明,通过使用凸优化中连续凸逼近算法(Successive Convex Approximation,SCA),联合通信和计算的设计,可以在时延约束的条件下提高系统的能量效率。
【图文】：

曲线,顾客,时间曲线图,到达时间

结束离开时间和标志位，i=i+1仿真时间及i是否越界输出结果标志位置零，i=i+1YN图 3.3 流量模型仿真流程图仿真以单服务台为例，假设顾客到达时间间隔和服务时间都服从负指数分布，到达率0 人/分钟，服务率 =6 人/分钟，等待队长 N=20 人，仿真时间为 10 分钟。通过仿真，得到每个顾客到达时刻与离开时刻曲线，等待时间和停留时间曲线，如图 3.4、3.5 所示中，，图 3.4 中横坐标为时间，单位分钟，纵坐标为到达顾客数，单位人；图 3.5 中横坐标达顾客数，纵坐标是时间。

曲线图,等待时间,顾客,停留时间

图 3.5 顾客停留时间与等待时间曲线图实验仿真及性能分析针对图 3.1 的一个 9 节点 Mesh 组件，我们进行路由设计和仿真。算法步骤：（1）在训练时隙时，利用初始链路，算法将选择一个路由。（2）前 4 个（基本）子时隙转发业务流量，并且分别计算链路的权重和更新节点的缓存。（3）在 4 个（基本）子时隙结束时，如果节点的缓存还存有数据包，则增加一个（基本时隙来转发数据，同时更新链路权重和节点缓存。在这个基本子时隙，链路状态被反馈到plane。（4）如果节点的缓存依然存有数据包，这需要增加额外子时隙来转发数据，并统计额外时隙的个数。注意步骤（4）仅用于统计，实际数据传输不需要该处理。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92

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