云无线接入网中资源管理关键技术研究

云无线接入网中资源管理关键技术研究随着智能手机、平板电脑等智能移动终端的普及,以及高清流媒体、视频会话和移动云计算等多媒体业务的广泛应用,移动用户数量和数据流量呈现爆炸式增长,导致网络总体成本以及能量消耗的增加,然而,移动运营商的营收却基本保持不变,使得利润不断降低。针对这一问题,新一代网络架构——云无线接入网逐渐成为研究人员关注的重点之一。云无线接入网通过云计算和虚拟化技术将传统基站的功能迁移到基带资源池中,使用结构更加简单的无线远端射频单元作为接入节点,并采用协作多点技术完成与用户之间的通信,从而在大幅降低运营商的总体成本和能量消耗的同时,有效的提升系统性能和资源利用效率。众所周知,无线网络的资源包括:频谱、时隙、功率以及天线等。然而,随着用户数量的增加和用户需求的提升,各种无线资源变得日趋紧张,所以,高效且合理的资源管理算法对于提升无线网络能量效率与频谱效率、降低干扰、保证用户的服务质量等方面都是至关重要的。无线网络资源管理包括了资源分配、资源调度、用户连接、切换控制、干扰管理以及服务质量保证等技术。本文根据云无线接入网的特点,对该网络中资源分配、用户连接以及服务质量保证三个方向进行了研究,提出了相应的创新性解决方法,并通过计算机仿真证明了所提方法的有效性。主要工作和创新点如下:1.提出了一种动态时隙和功率联合分配策略,以解决上下行流量分布不均匀问题。首先,提出了一种无线远端射频单元分簇算法,以簇为单位进行资源分配可以大幅的降低求解复杂度。并且,通过在簇内使用迫零波束成形消除簇内的干扰。其次,定义了归一化不匹配度作为性能指标参数,并以此为目标将动态时隙和功率联合分配问题建模为一个混合策略非合作博弈。由于博弈中参与者的策略空间较大,难以求得纳什均衡解,因此,采用基于增强学习的迭代方法求得博弈的罗基特均衡解。最后,仿真结果表明所提动态联合资源分配方案可以有效提升传输速率、匹配上下行流量,并且具有较低的复杂度。2.提出了一种用户连接机制,在满足前向链路容量约束以及用户需求的条件下,降低了网络能耗。首先,对联合用户连接和波束成形问题进行了研究,该问题以最小化网络能耗为目标,并且考虑了前向链路容量约束、最大功率约束以及用户的服务质量需求。由于该问题是一个混合整数非线性规划问题,难以求解。因此,将该问题转化为一个混合整数二阶锥规划问题,并提出一种低复杂度的求解算法。其次,针对网络中用户数量过多而超过网络服务能力的问题,设计了一种联合用户接入控制和连接策略,并通过理论证明该策略可以在容纳最多用户的同时最小化网络能耗。此外,提出一种了基于半正定规划的低复杂度的求解方法。最后,仿真结果表明所提用户连接方案在接纳用户数量以及网路能耗方面与最优值十分接近,并且具有较低的复杂度。3.提出了一种考虑离散速率自适应的用户时延保证机制。首先,将云无线接入网中的用户时延建模为一个两阶段排队模型,并通过排队理论得到用户平均时延的表达式。其次,研究了以最小化能耗为目标,并同时用户最小时延约束、最大功率约束以及离散速率自适应的问题。由于该问题属于混合整数非线性规划问题,在对该问题进行转化后,分别提出了基于分支定界的最优求解算法以及低复杂度的次优