Context--Aware Resources Allocation with Carrier Aggregation in Cellular Networks.pdf

1、目前，蜂窩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)量、數(shù)據(jù)流量得到了迅猛增長(zhǎng)。越來(lái)越多的智能手機(jī)用戶開(kāi)始使用如視頻網(wǎng)站YouTube和社交網(wǎng)絡(luò)Facebook這樣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這些多媒體的內(nèi)容是豐富多樣的，同時(shí)對(duì)應(yīng)用程序的寬帶接入提出了更高的需求。而受限于有限的蜂窩頻譜，很難有一個(gè)頻段可以滿足日益增長(zhǎng)的接入需求。因此，一種能整合不同運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)資源，高效實(shí)現(xiàn)對(duì)有限資源進(jìn)行配置的算法，對(duì)提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS)具有很大的幫助。
　　本文從多運(yùn)營(yíng)商的資源分配

2、優(yōu)化問(wèn)題出發(fā)。同時(shí)為保證最小化的服務(wù)質(zhì)量，每個(gè)用戶將從移動(dòng)服務(wù)獲得子服務(wù)。
　　一種新的結(jié)合環(huán)境感知和時(shí)間感知的第四代蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠解決環(huán)境感知的資源分配問(wèn)題。通過(guò)在資源分配階段，指定實(shí)時(shí)應(yīng)用用戶優(yōu)先于時(shí)間容忍的應(yīng)用用戶來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知的資源分配。通過(guò)隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)流量定價(jià)策略，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間感知的資源分配。
　　本文提出一種多種頻帶的載波聚合技術(shù)的算法，可以實(shí)現(xiàn)把位置感知的資源分配結(jié)合到環(huán)境感知的資源分配架構(gòu)之中。這種選擇

3、載波或者多載波的速率分配算法，可實(shí)現(xiàn)需求資源的價(jià)格最小化。這種基于載波聚合的環(huán)境感知資源分配架構(gòu)，可以靈活且容易的實(shí)現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最優(yōu)化配置。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本驗(yàn)證了這種架構(gòu)。
　　正如過(guò)去的二十年，互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模得到了飛速的增加一樣。目前，移動(dòng)寬帶用戶的數(shù)量同樣以驚人的速度在飛速增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2015年手機(jī)用戶的數(shù)量預(yù)計(jì)將達(dá)到約35億，其中大多數(shù)是基于智能手機(jī)的用戶(Yang H，2005)。這種潛在的增長(zhǎng)也意味著相當(dāng)大的移動(dòng)數(shù)

4、據(jù)流量的增加。根據(jù)思科，全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量預(yù)計(jì)將成長(zhǎng)到2017年每月11.2艾字節(jié)(全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量預(yù)測(cè)更新，2010-2015年，思科視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)指數(shù)2011)。隨著新技術(shù)設(shè)備的發(fā)展，現(xiàn)在智能手機(jī)能夠顯示高質(zhì)量的服務(wù)，這將意味著肯定會(huì)致力于提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)的能力。
　　為了實(shí)現(xiàn)上述需求(全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量預(yù)測(cè)更新，2010-2015年，思科視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)指數(shù)2011)，新一代的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)正在通過(guò)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商部署。在過(guò)去的幾年，部署第四代合作伙伴計(jì)劃(

5、3 GPP)的長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)和長(zhǎng)期演進(jìn)越來(lái)越先進(jìn)。然而，即使LTE提供的增強(qiáng)，不斷增長(zhǎng)的需求的能力和提高數(shù)據(jù)吞吐量也無(wú)法改善。尤其是在人口稠密地區(qū)如購(gòu)物中心或機(jī)場(chǎng)，大量的用戶希望同時(shí)連接到基站和可能超越極限的能力系統(tǒng)，這一事實(shí)變得更加嚴(yán)重。
　　現(xiàn)代蜂窩網(wǎng)絡(luò)所提供的不斷增加先進(jìn)服務(wù)需要嚴(yán)格保證服務(wù)質(zhì)量，獲得了許多優(yōu)化過(guò)程的典型結(jié)果。為此提出了本算法。
　　問(wèn)題定義:
　　近年來(lái)，移動(dòng)寬帶在用戶數(shù)量和每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)流

6、量當(dāng)中取得了快速增長(zhǎng)。當(dāng)前，在他們的智能手機(jī)上，用戶能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序。網(wǎng)絡(luò)提供商正從單一的服務(wù)（如互聯(lián)網(wǎng)）到多個(gè)服務(wù)（如多媒體電話和移動(dòng)電視）。為了滿足移動(dòng)用戶這種對(duì)無(wú)線資源的強(qiáng)勁需求，因此將會(huì)需要更多的資源。然而，由于頻譜有限，很難有一個(gè)頻段滿足這種需求。因此，來(lái)自不同的運(yùn)營(yíng)商需要把資源聚合，而且網(wǎng)絡(luò)提供商也在迫切需要一種有效的資源配置。
　　本文的目標(biāo)是:
　　1)分析在手機(jī)網(wǎng)絡(luò)中更有效的信道分配策略:
　

7、　優(yōu)先選擇實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，而且沒(méi)有刪除容忍延遲的應(yīng)用程序用戶;
　　克服在流量高峰期的擁堵問(wèn)題;
　　對(duì)來(lái)自不同運(yùn)營(yíng)商的資源進(jìn)行優(yōu)化分配。
　　2)優(yōu)先選擇實(shí)時(shí)的應(yīng)用程序用戶而不是容忍延遲應(yīng)用程序用戶。
　　3)減少蜂窩網(wǎng)絡(luò)的擁塞問(wèn)題。
　　4)設(shè)計(jì)并使用Matlab程序模擬提出的算法。
　　5)保證所有用戶分配到一部分可用頻譜的(為所有用戶提供一個(gè)最低服務(wù)質(zhì)量Qos)測(cè)試和評(píng)估提出的算法效率。

8、　　本文的貢獻(xiàn)
　　運(yùn)行在智能手機(jī)上的應(yīng)用程序可以分為兩種應(yīng)用程序:一種是實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。如IP電話(VoIP)、視頻等等;另一種是允許延遲容忍的應(yīng)用。如應(yīng)用程序更新、電子郵件、社交網(wǎng)絡(luò)等由于延遲的限制實(shí)時(shí)應(yīng)用程序分配優(yōu)先容忍延遲應(yīng)用程序。與此同時(shí)，運(yùn)行容忍延遲應(yīng)用程序的用戶也不應(yīng)該被剝奪了資源即網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有用戶被刪除。因此，我們的目標(biāo)是在有限的蜂窩頻譜中為一個(gè)有效內(nèi)容感知資源進(jìn)行分配并載波聚合，從而確保實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的優(yōu)先級(jí)卻不會(huì)刪除

9、容忍延遲的應(yīng)用程序用戶。
　　本文提出的架構(gòu)同時(shí)考慮了用戶運(yùn)行實(shí)時(shí)應(yīng)用程序和容忍延遲的應(yīng)用程序。由于提出的內(nèi)容感知資源分配策略，用戶運(yùn)行不同的內(nèi)容能夠體驗(yàn)不同的資源分配。資源分配優(yōu)化問(wèn)題是制定為具有可用的evolved-NodeB(eNodeB)頻譜資源活躍用戶來(lái)確保公平效用分配比例。因此，載波聚合的環(huán)境敏感資源分配算法為主的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序用戶比容忍延遲應(yīng)用程序用戶優(yōu)先級(jí)更高。此外，該優(yōu)化問(wèn)題制定保證所有用戶能夠被分配到一部分可用頻

10、譜，正如eNodeB應(yīng)該為所有訂閱用戶提供一個(gè)最低QoS移動(dòng)服務(wù)。
　　本文的主要貢獻(xiàn)如下:
　　1)引入一個(gè)新的對(duì)數(shù)和類反曲效用函數(shù)，以解決了容忍延遲應(yīng)用和實(shí)時(shí)的應(yīng)用的聯(lián)合載波聚合速率分配的優(yōu)化問(wèn)題。
　　2)通過(guò)研究，本文將優(yōu)化問(wèn)題劃分為教簡(jiǎn)單的子問(wèn)題，并在不同的蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行解決。
　　3)證明了提出的凸優(yōu)化問(wèn)題，證明了所得全局最優(yōu)解是可靠的。
　　4)本文提出了一種分布式速率分配算法，能夠進(jìn)行聯(lián)