异构网络多网并发传输技术研究

【摘要】随着通信技术爆炸式的发展,无线网络进入大繁荣时期,多种网络各具特点、优势互补并将长期共存。同时,经历了数十年的不断革新,各种无线接入技术的传输速率逐渐逼近香农限,单个网络的传输速率难以进一步提升。为了满足用户对大容量新兴多媒体业务日益增长的需求,就必须进行多网协作。然而,传统的松耦合网络协作机制无法同时、高效地使用多种网络的传输资源,难以解决这类高速传输业务导致的QoS难保证、传输能耗过高以及引发严重干扰等问题。因此,一种紧密的网络耦合技术–多网络并发传输技术应运而生。利用该技术可将同一业务在多种网络上同时进行传输,该技术被认为是解决上述问题的有效途径之一本文将围绕如何利用并发传输技术解决高速业务引发的问题展开研究：首先以并传构架和分流策略为切入点,进行高速业务传输问题的研究,继而扩展到利用并发传输提高系统能效的探索,最终延伸至基于并发传输的异构网络干扰问题的探讨。具体内容如下：1、对并发传输网络构架进行了分类,建立了并发传输最优模型并分析了其理论时延界。如何能够将现有多种不同制式的网络紧密耦合在一起,是并发传输所面临的根本问题。针对该问题,本文在充分研究不同网络特点的基础上,根据数据传输路径的不同,将并发传输网络构架分为部分并发传输构架和完全并发传输构架。并进一步分析了不同并传构架对应的使用场景、数据分组传输模型及其对分流策略的影响。在此基础上,建立了异构多接入网络并发传输最优模型,利用排队论原理分析了其理论时延界,为后续研究并发传输的性能提供了理论依据。2、提出了适用于不同网络构架的数据分流策略,并进行了理论和平台验证。数据分流策略的优劣直接影响到并发传输的最终性能,针对异构网络并发传输中最小化时延的问题,根据不同网络状态信息提出了多种联合资源调度的分流策略,包括最短等待时延分流策略(MQD)、最短队列长度分流策略(MQL)和统一队列管理分流策略(UQM),通过二维马尔科夫链对这三种分流策略的性能进行了理论分析。最后利用WLAN和WiMAX两种网络构建实验平台,实验结果表明本文提出的分流策略在保证最优吞吐量不变的前提下有效的降低了系统的平均时延,在高负载情况下可逼近理论时延界。同时,MQD分流算法可有效降低并发传输的时延抖动。3、建立了面向能效的并发传输理论模型,提出了最佳能效分流定理,并设计了最大化能效的并发传输策略。当前高速业务传输导致的高能耗问题已经成为无线网络发展的主要桎梏之一。通过探索传输速率和能效之间的理论关系,阐述了并发传输提高系统能效的基本原理,建立了多网络并发传输能效最优化模型,修正了传统的能效和带宽之间的折中关系。针对无线异构融合网络下行并发传输场景,研究了不同网络信道状态、能耗和传输速率之间的关系,提出了能效最大化的网络资源分配和数据分流算法。继而,在上行传输场景中,讨论了设备静态功耗对并发传输的影响,将该问题建模成为混合整数规划问题,通过对整数约束进行松弛,提出了能够逼近最优解的并发传输策略。最后通过仿真验证了该策略能够有效地提高网络能效和用户生存时间。4、提出了基于并发传输的干扰转移策略,分析并确定了最优干扰转移门限和干扰转移量,有效地利用了干扰空间的分集增益。随着家庭基站被广泛布设于热点地区,干扰问题成为限制网络容量和传输速率的主要问题之一。本文首先探索了干扰分布特点,发现了由于网络布设和用户行为不确定性引发的干扰区域性分布不均匀现象。通过引入并发传输技术,将原本分离的区域联系起来,提出了使用干扰转移策略获取干扰空间分集增益来提高系统性能的基本思想。进一步,定义了干扰差指数,建立了干扰转移理论模型,确定了最佳干扰转移门限,并获得了最大化能效的分流比例。仿真结果表明所提干扰转移策略能够在不影响其他用户性能的前提下显著提高多模用户的能效性能。
【作者】马骁；
【导师】盛敏；
【作者基本信息】西安电子科技大学，通信与信息系统，2014，博士
【关键词】无线异构网络融合；并发传输；分流策略；能量效率；干扰管理；

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