异构分层无线网络层间优化研究

发布时间：2020-08-23 20:29

【摘要】：当今的无线通信网络正经历着巨大的挑战和深刻的变革,移动数据量飞速猛增、无线终端海量接入、数据业务类型种类日益丰富、无线通信环境日趋复杂,为了满足未来网络的种种需求,第五代通信技术(5G)对无线网络提出了更加严苛的性能指标。为了应对5G的要求,融合多种接入技术的异构无线网络成为了一个重要的课题,对异构无线网络的研究也应运而生。异构无线网络的优点有很多,比如它可以使网络致密化以提供更高的流量密度,它也有多种接入技术的网络以满足不同需求的设备连接和数据业务。然而,现有关于异构无线网络的研究往往只聚焦于蜂窝网络,缺乏对其他接入技术与蜂窝网络融合的研究,或者虽然考虑了多种接入网络共存,但对各种网络孤立研究,缺乏对它们之间协同优化的思考。本文将围绕异构分层无线网络层间优化的问题展开研究,重点探究不同接入技术网络共存的异构无线网络中,各层网络之间如何协作以实现网络整体性能的最优。研究将按照“理论—技术和方案—网络架构”的层次展开,主要有以下四方面的创新与贡献。1.异构分层无线网络的密集部署理论针对由宏基站和小基站构成的两层异构无线网络,研究了基站部署密度与网络速率之间的关系。通过利用泊松点过程建模大规模随机网络,从概率的角度分别得出了用户与服务基站间距离分布的概率密度函数、用户连接到异构网络中每一层网络的概率,以及网络层内站间干扰分布的概率密度函数,推导出了网络速率与基站密度之间的数学关系式,并找到了能够最大化网络速率的最佳基站部署密度。研究揭示出网络性能与基站密度并非单调函数关系,因此,过分追求基站部署密度的增加并非正确。2.负载感知的异构网络层间协同分流策略针对蜂窝网络与其他非授权频段接入技术网络共存的异构网,研究了各层网络间进行协作分流的策略。与以往异构网络研究只关注链路速率不同,本文充分考虑了 MAC层协议对信道吞吐量的影响,这对基于竞争信道的非授权频段网络非常重要。通过泊松点过程与Markov链模型的结合,本文提出了能够在随机不规则网络中分析竞争信道吞吐量的方法,推导得出了信道吞吐量的闭式解,找到了吞吐量与基站发射功率和部署密度之间的关系,并据此分别从功率控制和部署密度角度,提出了针对不同网络情况下的负载感知的分层异构无线网络分流策略,仿真结果显示应用本文分流策略比现有技术能更好地利用信道资源和节省能耗。3.移动节点辅助的异构网络分流方案针对城市街道场景下蜂窝基站与具备通信能力的车辆共存组成的混合网络,研究了利用车辆组成的移动节点网络帮助蜂窝基站分流数据的方案。通过实地测量数据,本文揭示了无线数据流量密度在城市街道沿线分布不均匀的现象,针对城市路口小区业务过载的问题,提出了一个车辆辅助的数据分流方案。本文引入了交通流理论,将其与通信模型结合,在很好地建模路口交通特点的同时,得出了分流总数据量与方案设置参数间的数学关系式,并据此给出了最优的方案参数设置。此外,本文设计了实现该分流方案的网络架构。系统级仿真得出本分流方案能够获得极大的数据分流效果。4.支持异构分层网络协作的网络架构设计由于当前网络架构存在异构网络间封闭和管控僵化的问题,难以实现异构分层网络层间的协同优化,本文通过引入无线网络虚拟化的概念,设计了新的网络架构以实现异构网络的层间协同。本文给出了无线网络虚拟化的内涵与难点,介绍了架构设计的思路,设计了异构分层协作网络的逻辑架构和功能架构,该架构能够打破现有无线网络的物理隔离,实现网络的灵活管控和资源的有效利用。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：

产业发展,数据,设备,全球

图１－２邋２０丨３－２０１８年全球移动数据量增长趋势逡逑只是挑战的一部分而已。随着物联㈣技术的发展和５Ｇ网络对万物互联愿景的进一步推进，全球移动终端数量也呈现出爆炸式的发展，根据中国ＩＭＴ－２０２０需求逡逑组的报告显示，到２０２０年，全球仅手机终端数量就将达到１０７亿部，其中中国逡逑２２亿部，而如果考虑物联Ｎ中的其它设备，如物联网家电设备、物联网传感监控逡逑设备、可穿戴设备等，根据爱立信、思科、高通等公司的预测，全球联网设备会逡逑达到２５０亿部Ｗ。相关部分数据如图１－３所示。逡逑２逡逑

增长趋势,数据量,设备,思科

而如果考虑物联Ｎ中的其它设备，如物联网家电设备、物联网传感监控逡逑设备、可穿戴设备等，根据爱立信、思科、高通等公司的预测，全球联网设备会逡逑达到２５０亿部Ｗ。相关部分数据如图１－３所示。逡逑２逡逑

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逡逑图１－２邋２０丨３－２０１８年全球移动数据量增长趋势逡逑只是挑战的一部分而已。随着物联㈣技术的发展和５Ｇ网络对万物互联愿景的进？逡逑一步推进，全球移动终端数量也呈现出爆炸式的发展，根据中国ＩＭＴ－２０２０需求逡逑组的报告显示，到２０２０年，全球仅手机终端数量就将达到１０７亿部，其中中国逡逑２２亿部，而如果考虑物联Ｎ中的其它设备，如物联网家电设备、物联网传感监控逡逑设备、可穿戴设备等，根据爱立信、思科、高通等公司的预测，全球联网设备会逡逑达到２５０亿部Ｗ。相关部分数据如图１－３所示。逡逑２逡逑

【参考文献】