異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作與協(xié)調(diào)增強(qiáng)機(jī)制研究.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)逐漸成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)由于其廣泛部署性而成為移動(dòng)終端接入互聯(lián)網(wǎng)的首選。移動(dòng)設(shè)備逐取代桌面PC成為用戶終端，這意味著原來(lái)通過(guò)有線方式進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)的流量將轉(zhuǎn)移到無(wú)線通信系統(tǒng)中來(lái)，移動(dòng)通信系統(tǒng)的接入承載能力將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。另一方面，有統(tǒng)計(jì)表明，未來(lái)80％～90%的系統(tǒng)吞吐量將發(fā)生在室內(nèi)和熱點(diǎn)游牧場(chǎng)景，室內(nèi)、低速、熱點(diǎn)將可能成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代更重要的應(yīng)用場(chǎng)景?；诖?，下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)引入了各種低功率節(jié)點(diǎn)，用于對(duì)上

2、述場(chǎng)景進(jìn)行增強(qiáng)。這種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)稱為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。
　　 與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)相適應(yīng)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和處理機(jī)制不再適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因此需要進(jìn)行改進(jìn)和增強(qiáng)，以適應(yīng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特殊場(chǎng)景。而對(duì)于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的處理，一種重要的手段是協(xié)作與協(xié)調(diào)機(jī)制的應(yīng)用。一方面，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中涉及宏蜂窩和低功率節(jié)點(diǎn)兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，前者可規(guī)劃部署且具有最大的開放性，后者部署位置隨意性較強(qiáng)且開放性可變，兩者在共信道部署情況下將產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)交互信息協(xié)調(diào)工作是消

3、除干擾的有效手段。另一方面，低功率節(jié)點(diǎn)的引入為協(xié)作通信技術(shù)的應(yīng)用提供了架構(gòu)基礎(chǔ)。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密集分布，這使得節(jié)點(diǎn)間協(xié)作成為可能；Relay節(jié)點(diǎn)的引入則為移動(dòng)用戶與中繼的協(xié)作提供了便利?？傊?，協(xié)調(diào)與協(xié)作機(jī)制對(duì)于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有重要意義，是增強(qiáng)其性能的重要途徑。
　　 本文中對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作與協(xié)調(diào)機(jī)制的研究包括干擾協(xié)調(diào)處理和協(xié)作功率分配兩方面內(nèi)容。首先，嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間干擾是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。我們從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面研究

4、了協(xié)調(diào)機(jī)制在干擾協(xié)調(diào)中的應(yīng)用。在此過(guò)程中，我們提出了一種適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的熱點(diǎn)引力移動(dòng)模型，用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性能仿真。其次，協(xié)作和協(xié)調(diào)機(jī)制在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中面臨的一個(gè)重要困難是協(xié)作信息交互導(dǎo)致的信令開銷。我們以協(xié)作功率分配場(chǎng)景為例研究了這一問題。本文將上述研究?jī)?nèi)容細(xì)分為四個(gè)研究點(diǎn)，主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1)提出了一種基于統(tǒng)一場(chǎng)論的熱點(diǎn)移動(dòng)模型框架，并為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一種具體實(shí)現(xiàn)：熱點(diǎn)引力模型
　　 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是針對(duì)用戶和流量呈

5、現(xiàn)聚集特性的室內(nèi)、熱點(diǎn)、覆蓋空洞等特殊場(chǎng)景提出的解決方案，其移動(dòng)模型與傳統(tǒng)移動(dòng)模型呈現(xiàn)不同特性。而從現(xiàn)實(shí)世界來(lái)看，人們的日?；顒?dòng)往往局限在有限的若干個(gè)場(chǎng)所之間，即人們?cè)诖蟮臅r(shí)空尺度上的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出一種規(guī)律性的聚集特性，或者說(shuō)人的日常運(yùn)動(dòng)是由一系列熱點(diǎn)構(gòu)成的。因此，規(guī)律性的熱點(diǎn)運(yùn)動(dòng)是比傳統(tǒng)均勻隨機(jī)運(yùn)動(dòng)更加普遍存在的情況，這種場(chǎng)景下的移動(dòng)模型需要進(jìn)行研究。我們根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界中人的運(yùn)動(dòng)行為與統(tǒng)一場(chǎng)作用下粒子運(yùn)動(dòng)行為的相似性，提出了一種基于統(tǒng)一場(chǎng)論

6、的熱點(diǎn)移動(dòng)建?？蚣?，即將人的移動(dòng)看作某種場(chǎng)作用的結(jié)果?；谶@一理論，我們將場(chǎng)具現(xiàn)為引力場(chǎng)，設(shè)計(jì)了一種熱點(diǎn)引力移動(dòng)模型。仿真證明，熱點(diǎn)引力移動(dòng)模型更加符合現(xiàn)實(shí)世界人們?nèi)粘Ｉ钪械囊苿?dòng)特性，適合于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)仿真和性能評(píng)估。
　　 2)針對(duì)宏蜂窩和家庭基站共存且共信道部署的場(chǎng)景，提出了一種通用時(shí)域干擾協(xié)調(diào)方案
　　 時(shí)域干擾協(xié)調(diào)是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的一種典型的資源分割干擾協(xié)調(diào)方法，其特征在于減少干擾源的傳輸時(shí)間，從而提升被干擾節(jié)點(diǎn)的性能

7、，是一種單參數(shù)控制的方法。我們將其改為雙參數(shù)控制，稱為通用時(shí)域干擾協(xié)調(diào)。理論分析證明，我們的方案較之傳統(tǒng)方案在可達(dá)容量界、吞吐量、實(shí)現(xiàn)和靈活性方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)仿真結(jié)果同樣證明我們的方案具有更優(yōu)的性能。
　　 3)針對(duì)宏蜂窩和家庭基站共存且共信道部署的場(chǎng)景，提出了一種時(shí)頻域混合的干擾協(xié)調(diào)方案，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的資源分配算法
　　 頻域干擾協(xié)調(diào)是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中另一種典型的資源分割干擾協(xié)調(diào)方法，其基本思想是將相互干擾的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)

8、中的一個(gè)調(diào)整到一個(gè)不干擾的頻帶上，從而避免干擾。通過(guò)分析時(shí)域和頻域兩種干擾協(xié)調(diào)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)兩者存在一定互補(bǔ)關(guān)系?；诖耍覀儗⑦@兩種方法混合使用，提出一種混合域干擾協(xié)調(diào)方案。該方案的核心在于資源分配，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了一種兩輪循環(huán)的資源分配算法。仿真證明，相比較于時(shí)域和頻域干擾協(xié)調(diào)兩種方案各自本身，我們的方法在吞吐量和滿足速率需求的用戶數(shù)方面均具有明顯提升。
　　 4)針對(duì)能量受限的AF協(xié)作中繼場(chǎng)景，提出了一種功率分配方法

9、，能夠使得其分配結(jié)果在用戶移動(dòng)情況下盡可能長(zhǎng)的時(shí)間里保持有效
　　 協(xié)作與協(xié)調(diào)技術(shù)從理論走向?qū)嵺`過(guò)程中面臨的困難之一是節(jié)點(diǎn)間信息交互導(dǎo)致的過(guò)高的信令開銷問題。我們以功率受限的AF協(xié)作中繼場(chǎng)景為例，研究如何在用戶和中繼之間分配功率，以使得該分配結(jié)果在用戶移動(dòng)情況下保持最長(zhǎng)的有效時(shí)間。由于問題的復(fù)雜性，我們僅得到了一個(gè)次優(yōu)解。但通過(guò)數(shù)值仿真可以證明，該次優(yōu)解與理論最優(yōu)解之間僅存在極小的誤差。因此，該次優(yōu)解可看作準(zhǔn)最優(yōu)解。