面向未來無線通信的資源分配研究-資源利用率與QoS保證的權衡.pdf

1、隨著無線通信技術以及Internet的飛速發(fā)展，人們對通信業(yè)務的需求逐漸由單純的語音通話轉化為復雜的混合業(yè)務，諸如音頻、視頻、數(shù)據(jù)等等，從而導致人們對服務質量（QualityofService，QoS）的需求不斷提高。因而，在資源受限且信道環(huán)境惡劣的無線通信網(wǎng)絡中，如何高效利用資源顯得越來越重要。所以本文將資源利用率與QoS需求之間的權衡作為貫穿全文的線索。按照網(wǎng)絡結構從簡單到復雜的順序，本文對無線資源分配中的幾個熱點問題進行了深入的研

2、究。
　　1.在最基本的單跳同構的網(wǎng)絡中，對基于有效容量的資源分配問題進行了研究?；谟行萘坷碚摚茖У贸隽藷o線多用戶正交頻分多址(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，OFDMA)網(wǎng)絡的連續(xù)（離散）有效容量區(qū)，并證明了這個有效容量區(qū)是凸區(qū)域。為了獲得該區(qū)域的邊界點，運用凸優(yōu)化理論以及泰勒展開近似等數(shù)學工具，提出了漸近最優(yōu)的資源分配算法?；谏鲜鐾茖贸龅挠行萘繀^(qū)，本文進一步考慮

3、了到達過程和服務過程的時變特性，以及業(yè)務的不同特性，研究了帶不同類業(yè)務的多用戶OFDMA網(wǎng)絡中，基于有效容量的資源分配問題，即在保證時延QoS需求的前提下，提高系統(tǒng)的資源利用率。運用有效容量與凸優(yōu)化理論等工具，針對連續(xù)和離散情況分別建立了最優(yōu)資源分配的數(shù)學模型，并相應提出了漸近最優(yōu)的子載波和功率分配算法。
　　2.對基于協(xié)作通信與異構網(wǎng)絡技術的資源分配問題進行了研究，設計了一個全新的異構協(xié)作系統(tǒng)架構。在該架構中，移動臺(Mobil

4、eStations，MSs)是雙模的，具有OFDMA網(wǎng)絡和AdHoc網(wǎng)絡的天線。其中MSs與基站(BaseStation，BS)之間通過OFDMA網(wǎng)絡進行通信，而MSs之間通過AdHoc網(wǎng)絡進行通信。基于該異構協(xié)作系統(tǒng)架構，本文首先研究了單個AdHoc中繼的資源分配問題，即系統(tǒng)中需要傳輸業(yè)務的MSs(ActiveMSs)只可以選擇一個空閑的MS(InactiveMS)作為其中繼節(jié)點協(xié)助其進行通信，并將上述系統(tǒng)中的資源分配問題建模為一個優(yōu)

5、化問題，然后提出了一個公平且高效的聯(lián)合資源分配算法。隨后，基于所設計的異構協(xié)作系統(tǒng)架構，進一步將系統(tǒng)模型擴展到多個AdHoc中繼，即系統(tǒng)中的ActiveMSs可以選擇多個InactiveMSs作為其中繼節(jié)點協(xié)助其進行通信。上述系統(tǒng)的資源分配問題仍然被建模為一個優(yōu)化問題，即在保證各MS的QoS需求的前提下，提高系統(tǒng)的資源利用率，最大化系統(tǒng)速率。然后，針對該優(yōu)化問題提出了基于拉格朗日對偶法的資源分配方案以公平高效地解決這個問題。此外，本文還

6、進一步提出了一個全分布式的資源分配方案，從而進一步降低系統(tǒng)整體的計算復雜度。
　　3.在多小區(qū)的場景下，對綠色通信中的節(jié)能與基站管理問題進行了研究。針對相對實際的無線通信網(wǎng)絡場景，首先將基站管理問題建模為一個優(yōu)化問題，即對網(wǎng)絡中的所有基站進行開/關決策，在保證所有MSs的QoS需求的前提下，提高系統(tǒng)的資源利用率，從而最大化整個網(wǎng)絡的能量節(jié)約值。為了解決這個優(yōu)化問題，本文提出了一個新穎的聯(lián)盟構型博弈算法和2個MS關聯(lián)策略，即帶完全關

7、聯(lián)策略的聯(lián)盟構型博弈（CoalitionFormationwithFullyAssociation，CF-FA）和帶能效關聯(lián)策略的聯(lián)盟構型博弈(CoalitionFormationwithEnergy-EfficientAssociation，CF-EEA)。隨后，將偏離函數(shù)D(DefectionFunction)這個全新的概念引入本文，對所提出算法的穩(wěn)定性進行了分析。此外，為了減少網(wǎng)絡全局的信令開銷，并且為了便于網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，進一步

8、提出了一個基于聯(lián)盟構型博弈的分布式基站管理算法，并給出了相應的協(xié)議實現(xiàn)方案，而代價是需要花費比集中式算法更多的執(zhí)行時間。不過在這樣一種應用場景下，以更長的算法（協(xié)議）執(zhí)行時間為代價換取分布式實現(xiàn)的方案是完全可取的。隨后，為了給基站管理研究提供一個努力的方向，并為所提出的基站管理方案提供一個參照的標準，本文對網(wǎng)絡中基站節(jié)能的上界進行了推導。最后，基于簡化后的典型網(wǎng)絡及業(yè)務特征，對所提出的算法進行分析，并對BS開關決策結果、MS關聯(lián)結果以及