基于C-RAN架构的无线网络资源管理的研究

摘要

随着移动业务的快速发展和智能设备的更新换代，数据流量呈现了爆发式增长，网络能耗也随之大幅度增加。由于频谱资源的稀缺，满足用户日益增长的流量需求将给无线网络运营商带来巨大的挑战。近年来，一种新的无线接入网架构——云无线接入网络(Cloud Radio Access Network，C-RAN)应运而生。在C-RAN架构中，传统的基站分成无线射频单元(Remote Radio Heads，RRHs)和基带处理单元(Baseband Units，BBUs)这两部分，所有的RRHs分布在远程站点共享运行在云中心的BBU资源池。通过资源处理集中化，能够更有效地根据小区负载和用户的服务质量(Quality of Service，QoS)需求，综合利用计算资源、频谱资源和能量资源。但是在C-RAN这种新的无线接入网架构中，传统的无线网络资源管理机制将面临新的挑战，需要进一步优化。
　　本文主要关注基于C-RAN架构的无线网络资源管理的研究，主要考虑从频谱效率和能量效率这两个方面进行优化，目标是提高基于C-RAN架构的无线网络的频谱和能量利用效率。主要贡献如下:
　　在频谱效率方面，研究基于C-RAN架构的家庭小区网络频谱效率优化问题。在传统的家庭小区网络中，频谱效率优化机制可以通过合适的频谱资源分配机制来有效地解决干扰问题，提高频谱利用效率。但是，这些机制大多数都不考虑用户的QoS需求，而用户的QoS需求通常是无线网络所需要考虑的重要因素之一。因此，本文考虑到传统的频谱资源分配机制的优点与缺点，充分利用C-RAN架构按需分配的优势，提出了一种新的QoS感知的按需动态频谱资源分配机制，从而解决家庭小区网络的干扰问题，提高频谱利用效率。仿真结果表明了本文所提的频谱资源分配机制相比于两种其他基准机制可以有效地减小家庭小区用户的中断概率，提高频谱利用效率。
　　在能量效率方面，研究基于C-RAN架构的无线网络能量效率优化问题。在传统的无线网络中，能量效率优化机制主要关注RRH传输能耗。但是，在基于C-RAN架构的无线网络，BBU处理能耗会随着RRH的负载动态变化，它也是基于C-RAN架构的无线网络能耗的重要组成部分。因此，本文联合优化RRH传输能耗和BBU处理能耗，建立了新的基于C-RAN架构的无线网络能耗优化模型，提出了一种新的QoS保证的功率控制机制，以此达到节能和提高能量利用效率的目的。同时，分析了网络能耗、BBU处理能耗、RRH传输能耗与RRH的负载之问的关系，证明了在基于C-RAN架构的无线网络中全负载模式无法保证网络能耗达到最小，这不同于传统的无线网络的结论。仿真结果也表明了本文所提的功率控制机制接近于最优的功率控制机制，优于传统的功率控制机制，可以显著地减小网络能耗，提高能量利用效率。

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摘要

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表格索引

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 基于C-RAN架构的无线网络面临的挑战

1．3 论文主要内容及结构

第二章 基于C-RAN架构的无线网络资源管理问题

2．1 引言

2．2 C-RAN架构

2．2．1 C-RAN的组成

2．2．2 C-RAN的部署场景

2．3 无线网络资源管理

2．3．1 问题分析

2．3．2 相关研究

2．4 本章小结

第三章 基于C-RAN架构的家庭小区网络频谱效率优化机制

3．1 引言

3．2 系统模型

3．3 QoS感知的按需动态频谱资源机制

3．3．1 固定频率子带分配

3．3．2 按需动态频率子带分配

3．4 仿真分析

3．4．1 仿真场景与参数设置

3．4．2 仿真结果与分析

3．5 本章小结

第四章 基于C-RAN架构的无线网络能量效率优化机制

4．1 引言

4．2 系统模型

4．2．1 网络模型

4．2．2 能耗模型

4．2．3 问题建模

4．3 QoS保证的功率控制机制

4．3．1 固定BBU开启数目下的功率控制算法

4．3．2 非固定BBU开启数目下的功率控制算法

4．4 仿真分析

4．4．1 仿真场景与参数设置

4．4．2 仿真结果及分析

4．5 本章小结

第五章 结束语

5．1 论文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果