本文關(guān)鍵詞：基于雙層隊(duì)列模型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：經(jīng)典背壓式算法解決了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的路由選擇與會(huì)話調(diào)度問(wèn)題,提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量,但是由于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型并沒(méi)有完全的分層,使得其在實(shí)際部署過(guò)程中存在一些問(wèn)題。目前所使用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境擁有十分復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),是由不同制造商生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)組成的,由于經(jīng)典背壓式算法無(wú)法實(shí)現(xiàn)路由與調(diào)度的完全分布式,使得無(wú)法實(shí)現(xiàn)在協(xié)議層中的模塊化部署,這一缺陷值得進(jìn)行深入研究和改進(jìn)。由于現(xiàn)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的帶寬需求和智能應(yīng)用軟件的增加,小蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相繼被提出。小蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是通過(guò)自組織、低消耗和低功耗進(jìn)行超密集部署的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),它可以設(shè)置在一些現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法部署的區(qū)域,從而增加網(wǎng)絡(luò)容量密度;5G中的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)融合了包括WIFI、LTE等多種接入技術(shù),通過(guò)不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的協(xié)同合作,提升了網(wǎng)絡(luò)性能。目前,越來(lái)越多的研究者傾向于研究網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層當(dāng)中的路由與調(diào)度算法,然而,大多數(shù)研究者設(shè)計(jì)的算法往往是路由與調(diào)度的聯(lián)合優(yōu)化,造成兩者無(wú)法進(jìn)行分布式部署。而在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中,有多種網(wǎng)源設(shè)備的結(jié)合,使得協(xié)議層之間的信息交互變得尤為重要。因此,設(shè)計(jì)一種可以將路由與調(diào)度方案徹底分離的優(yōu)化算法是很有必要的。隨著無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的越來(lái)越普遍,具有網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性的分層協(xié)議架構(gòu)正受到研究人員越來(lái)越密切的關(guān)注。盡管基于TCP/IP協(xié)議的分層架構(gòu)對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)具有很好的適應(yīng)性,但是對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)卻并不是最好。因此,本文提出了一種雙層隊(duì)列模型,完善了經(jīng)典背壓式算法的不足之處,同時(shí)將雙層隊(duì)列模型應(yīng)用到時(shí)下熱點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,來(lái)驗(yàn)證其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)效用的影響。本文在充分了解國(guó)內(nèi)外關(guān)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化的相關(guān)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,深入研究了與5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相匹配的網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層隊(duì)列模型,并研究了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)效用值與能源資源分配的優(yōu)化問(wèn)題,主要的研究工作如下所示:1)雙層隊(duì)列模型及其在網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化的應(yīng)用。針對(duì)經(jīng)典背壓式算法的不足之處,提出了一種新型的雙層隊(duì)列模型,在網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層上分別設(shè)置隊(duì)列,網(wǎng)絡(luò)層隊(duì)列決定路由決策,鏈路層隊(duì)列決定調(diào)度決策,使得路由與調(diào)度方案可以分離。本文研究長(zhǎng)時(shí)間平均下的網(wǎng)絡(luò)效用最大化問(wèn)題,使用李雅普諾夫優(yōu)化理論,將問(wèn)題分解成若干子問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)分布式部署。同時(shí),對(duì)網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層之間的容量限制進(jìn)行了全新定義,并給出了幾種符合實(shí)際使用的設(shè)置方案。2)基于雙層隊(duì)列模型的Small Cell無(wú)線回程網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化。引入混合供能網(wǎng)絡(luò)的概念,研究一個(gè)混合供能小蜂窩節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的模塊化跨層優(yōu)化問(wèn)題。在高頻高性噪比的情況下,使用定向天線技術(shù),解決網(wǎng)絡(luò)效用和能源花費(fèi)的聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題。本文最終通過(guò)李雅普諾夫漂移算法得到了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定狀態(tài)下的路由與調(diào)度方案,使得達(dá)到網(wǎng)絡(luò)效用和能源花費(fèi)的聯(lián)合最優(yōu)。3)基于雙層隊(duì)列模型的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化。構(gòu)建由控制路由器節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò),使用多天線情況下的新型無(wú)線信道模型,解決下行鏈路的功耗最小化問(wèn)題,并通過(guò)李雅普諾夫漂移理論將問(wèn)題進(jìn)行分布式求解。使得在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的前提下,達(dá)到基站發(fā)射總功率最小的要求。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 雙層隊(duì)列模型 能源分配 李雅普諾夫優(yōu)化控制算法
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN92
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 論文背景及意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的跨層設(shè)計(jì)12-13
• 1.2.2 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)13-14
• 1.2.3 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的能源管理14-15
• 1.3 研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.4 本文內(nèi)容安排16-17
• 第二章 雙層隊(duì)列模型及其在網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化的應(yīng)用17-34
• 2.1 網(wǎng)絡(luò)模型及問(wèn)題描述17-21
• 2.1.1 網(wǎng)絡(luò)模型17
• 2.1.2 雙層隊(duì)列模型17-19
• 2.1.3 容量限制項(xiàng)19-20
• 2.1.4 吞吐量約束20
• 2.1.5 隊(duì)列穩(wěn)定約束20
• 2.1.6 問(wèn)題模型20-21
• 2.2 李雅普諾夫優(yōu)化控制算法21-25
• 2.2.1 李雅普諾夫漂移函數(shù)上界推導(dǎo)21-23
• 2.2.2 問(wèn)題求解23-24
• 2.2.3 分布式求解24-25
• 2.3 算法性能分析25-28
• 2.3.1 隊(duì)列穩(wěn)定性分析25-27
• 2.3.2 網(wǎng)絡(luò)效用分析27-28
• 2.4 仿真實(shí)驗(yàn)28-33
• 2.4.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及仿真參數(shù)設(shè)置28-29
• 2.4.2 李雅普諾夫漂移算法仿真驗(yàn)證29-30
• 2.4.3 網(wǎng)絡(luò)層容量對(duì)性能的影響30-31
• 2.4.4 在隨機(jī)信道下的性能分析31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 基于雙層隊(duì)列模型的Small Cell無(wú)線回程網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化34-57
• 3.1 網(wǎng)絡(luò)模型及問(wèn)題描述34-41
• 3.1.1 網(wǎng)絡(luò)模型34-35
• 3.1.2 源端速率與效用函數(shù)35
• 3.1.3 信道容量和功率約束35-36
• 3.1.4 雙層隊(duì)列模型36-39
• 3.1.5 能量消耗模型39
• 3.1.6 能量供給模型39-40
• 3.1.7 問(wèn)題描述40-41
• 3.2 李雅普諾夫優(yōu)化控制算法41-48
• 3.2.1 李雅普諾夫漂移函數(shù)上界推導(dǎo)41-42
• 3.2.2 算法結(jié)構(gòu)42-43
• 3.2.3 分布式求解43-48
• 3.3 算法性能分析48-51
• 3.3.1 隊(duì)列穩(wěn)定及網(wǎng)絡(luò)效用性能分析48-50
• 3.3.2 能量隊(duì)列性能分析50-51
• 3.4 仿真實(shí)驗(yàn)51-56
• 3.4.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及仿真參數(shù)設(shè)置51-52
• 3.4.2 李雅普諾夫漂移算法仿真驗(yàn)證52-53
• 3.4.3 比例分配性能的驗(yàn)證53-54
• 3.4.4 能源方式性能的驗(yàn)證54-55
• 3.4.5 懲罰路由性能的驗(yàn)證55-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 第四章 基于雙層隊(duì)列模型的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化57-73
• 4.1 網(wǎng)絡(luò)模型及問(wèn)題描述57-63
• 4.1.1 網(wǎng)絡(luò)模型57-58
• 4.1.2 下行速率與功率控制58-59
• 4.1.3 雙層隊(duì)列模型59-61
• 4.1.4 容量限制項(xiàng)61-62
• 4.1.5 隊(duì)列穩(wěn)定約束62
• 4.1.6 問(wèn)題模型62-63
• 4.2 李雅普諾夫優(yōu)化控制算法63-67
• 4.2.1 李雅普諾夫漂移函數(shù)上界推導(dǎo)63-64
• 4.2.2 問(wèn)題求解64-65
• 4.2.3 分布式求解65-66
• 4.2.4 算法流程圖66-67
• 4.3 算法性能分析67-69
• 4.3.1 隊(duì)列穩(wěn)定性分析67-68
• 4.3.2 優(yōu)化目標(biāo)值分析68-69
• 4.4 仿真實(shí)驗(yàn)69-71
• 4.4.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及仿真參數(shù)設(shè)置69
• 4.4.2 李雅普諾夫漂移算法仿真驗(yàn)證69-71
• 4.4.3 懲罰路由函數(shù)性能仿真驗(yàn)證71
• 4.5 本章小結(jié)71-73
• 第五章 總結(jié)與展望73-75
• 5.1 本文研究工作總結(jié)73-74
• 5.2 存在的不足和今后工作展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-80
• 致謝80

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本文編號(hào)：271503