基于雙層隊列模型的無線網(wǎng)絡資源優(yōu)化.pdf

1、經(jīng)典背壓式算法解決了網(wǎng)絡架構中的路由選擇與會話調度問題，提高了網(wǎng)絡吞吐量，但是由于其網(wǎng)絡結構模型并沒有完全的分層，使得其在實際部署過程中存在一些問題。目前所使用的網(wǎng)絡環(huán)境擁有十分復雜的網(wǎng)絡架構，是由不同制造商生產(chǎn)的計算機、網(wǎng)絡設備和系統(tǒng)組成的，由于經(jīng)典背壓式算法無法實現(xiàn)路由與調度的完全分布式，使得無法實現(xiàn)在協(xié)議層中的模塊化部署，這一缺陷值得進行深入研究和改進。
　　由于現(xiàn)在移動互聯(lián)網(wǎng)的帶寬需求和智能應用軟件的增加，小蜂窩網(wǎng)絡結構和

2、異構網(wǎng)絡結構相繼被提出。小蜂窩網(wǎng)絡結構是通過自組織、低消耗和低功耗進行超密集部署的網(wǎng)絡結構，它可以設置在一些現(xiàn)有設備無法部署的區(qū)域，從而增加網(wǎng)絡容量密度；5G中的異構網(wǎng)絡架構融合了包括WIFI、LTE等多種接入技術，通過不同網(wǎng)絡設備之間的協(xié)同合作，提升了網(wǎng)絡性能。目前，越來越多的研究者傾向于研究網(wǎng)絡層與數(shù)據(jù)鏈路層當中的路由與調度算法，然而，大多數(shù)研究者設計的算法往往是路由與調度的聯(lián)合優(yōu)化，造成兩者無法進行分布式部署。而在5G移動通信網(wǎng)絡

3、中，有多種網(wǎng)源設備的結合，使得協(xié)議層之間的信息交互變得尤為重要。因此，設計一種可以將路由與調度方案徹底分離的優(yōu)化算法是很有必要的。
　　隨著無線通信網(wǎng)絡發(fā)展的越來越普遍，具有網(wǎng)絡適應性的分層協(xié)議架構正受到研究人員越來越密切的關注。盡管基于TCP/IP協(xié)議的分層架構對有線網(wǎng)絡具有很好的適應性，但是對于無線網(wǎng)絡來說卻并不是最好。因此，本文提出了一種雙層隊列模型，完善了經(jīng)典背壓式算法的不足之處，同時將雙層隊列模型應用到時下熱點的網(wǎng)絡架構

4、中，來驗證其對于網(wǎng)絡效用的影響。本文在充分了解國內外關于無線網(wǎng)絡資源優(yōu)化的相關研究現(xiàn)狀的基礎上，深入研究了與5G網(wǎng)絡結構相匹配的網(wǎng)絡層與數(shù)據(jù)鏈路層隊列模型，并研究了關于網(wǎng)絡效用值與能源資源分配的優(yōu)化問題，主要的研究工作如下所示：
　　1)雙層隊列模型及其在網(wǎng)絡資源優(yōu)化的應用。針對經(jīng)典背壓式算法的不足之處，提出了一種新型的雙層隊列模型，在網(wǎng)絡層與數(shù)據(jù)鏈路層上分別設置隊列，網(wǎng)絡層隊列決定路由決策，鏈路層隊列決定調度決策，使得路由與調度

5、方案可以分離。本文研究長時間平均下的網(wǎng)絡效用最大化問題，使用李雅普諾夫優(yōu)化理論，將問題分解成若干子問題，實現(xiàn)分布式部署。同時，對網(wǎng)絡層與數(shù)據(jù)鏈路層之間的容量限制進行了全新定義，并給出了幾種符合實際使用的設置方案。
　　2)基于雙層隊列模型的Small Cell無線回程網(wǎng)絡跨層優(yōu)化。引入混合供能網(wǎng)絡的概念，研究一個混合供能小蜂窩節(jié)點網(wǎng)絡的模塊化跨層優(yōu)化問題。在高頻高性噪比的情況下，使用定向天線技術，解決網(wǎng)絡效用和能源花費的聯(lián)合優(yōu)化問