多速率认知网络中协作资源共享机制研究
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移动通信的网络资源共享移动通信是指通过无线信号传输和接收信息的传播方式,由于移动通信的快速发展,网络资源的需求也在不断增加。
然而,随着移动设备的普及和用户数量的增加,网络资源变得更为紧缺。
为了解决这一问题,移动通信领域开始推行网络资源共享的做法。
一、网络资源共享的概念及意义网络资源共享是指不同移动通信运营商之间合作共享自己的网络资源,包括基站、频谱等,以提高整体的网络效率和用户体验。
此举可以减少网络建设成本,优化网络质量,提高用户满意度,促进行业健康可持续发展。
网络资源共享的意义在于:1. 降低运营商的建设成本:运营商共享网络资源可以避免重复建设基站和采购频谱的浪费,降低了网络建设成本。
2. 提高网络质量:通过资源共享,可以优化网络布局和资源利用,提高覆盖范围和网络容量,进而提升网络质量。
3. 提高用户体验:共享网络资源有助于提高网络速率和稳定性,减少拥塞现象,从而提升用户的上网速度和体验。
4. 促进行业发展:网络资源共享能够增加市场竞争,推动网络技术和服务的不断创新,促进整个移动通信行业的健康可持续发展。
二、网络资源共享的方式和模式网络资源共享的方式和模式主要有以下几种:1. 基站共享:移动通信运营商可以通过共享基站设备和相关设备的方式来减少建设成本。
例如,多个运营商共享一个基站,互相共享基站的天线、机房等设备,从而减少了冗余的设备购买和场地租赁费用。
2. 频谱共享:频谱是移动通信的核心资源,通过频谱共享,运营商可以互相借用或者租用自己不使用的频谱资源,提高频谱资源的利用率,减少频谱的浪费。
3. 网络共享:移动通信运营商可以通过共享核心网、传输网等网络设备和资源,降低网络运营成本,提高网络的容量和质量。
4. 基站租赁:运营商之间可以进行基站租赁的方式,即一个运营商将自己的基站租给另一个运营商使用,从而达到资源共享的目的。
三、网络资源共享的优势和挑战网络资源共享的优势:1. 提高资源利用率:共享网络资源可以使运营商之间更好地协作,提高网络资源的利用率,减少资源浪费。
无线通信网络中的协作通信技术随着现代科技的不断发展和普及,无线通信网络已经成为人们日常生活中必不可少的一部分。
为了提高无线通信网络的性能和覆盖范围,协作通信技术逐渐引起了人们的关注。
本文将介绍无线通信网络中的协作通信技术及其应用。
一、协作通信技术概述协作通信技术是指无线通信网络中不同设备之间通过共享信息、资源和功能来实现数据传输和通信的技术。
通过协作通信技术,不同设备之间可以相互合作,提高数据传输效率,减少信道干扰,增加网络容量等。
二、协作通信技术的分类1.分布式协作通信技术分布式协作通信技术是指通过在传输过程中多个设备之间相互合作来实现高效的数据传输。
在这种技术中,设备之间可以相互协同工作,共同传输数据,并根据实时的网络条件来进行数据传输策略的选择。
2.合作多输入多输出(MIMO)技术合作MIMO技术是指将多个传输天线和多个接收天线进行合作,以提高数据传输速率和可靠性。
通过合作MIMO技术,不同设备之间可以相互合作,在数据传输过程中充分利用空间资源,提高信号的传输速率和抗干扰能力。
3.多路径协作通信技术多路径协作通信技术是指利用网络中的多个路径进行数据传输,以提高网络的容量和鲁棒性。
通过多路径协作通信技术,不同设备可以选择不同的路径来传输数据,减少信号的传输延迟和损耗,提高网络的可靠性。
三、协作通信技术的应用1.无线传感器网络无线传感器网络是一个由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络。
利用协作通信技术,传感器节点可以通过合作工作,实现数据的收集、处理和传输等功能,提高整个网络的性能和寿命。
2.智能交通系统智能交通系统利用无线通信网络来监测交通流量、监控道路状况和指导交通流动。
通过协作通信技术,交通系统中的不同设备可以相互合作,共同完成交通信息的采集和传输,提高交通系统的效率和安全性。
3.移动通信网络移动通信网络是现代社会中最常用的一种无线通信网络。
通过协作通信技术,移动通信网络可以减少信道干扰,提高数据传输速率和覆盖范围,改善用户的通信体验。
异构认知网中基于能效的协作技术研究冯立;邝育军;代泽洋;付新川【摘要】An innovative EE-oriented 'win-win' cooperative transmission scheme in heterogeneous cognitive radio networks (Het-CRNs), called energy-efficient cognitive cooperation (ECC), in which primary system release a part of its radio spectrum to secondary system in exchange for secondary relay (SR) served as a relay to assist transmission of primary user's traffic under the dual quality of service (QoS) requirements. Then, secondary user's traffic flow is split into the unlicensed spectrum and the released licensed spectrum to improve EE in Het-CRNs. Based on ECC, we formulate a weighted EE maximization non-convex problem for secondary users. By employing parametric fractional programming and golden section search (GSS) method, an efficient resource allocation policy is developed. Simulation results show that the proposed strategy can gain significantly higher EE without reducing performance of primary transmission, and thus, a 'win-win' goal is achieved.%针对异构认知网络场景,提出了一种主次系统"双赢"的高能效协作通信机制.在满足主次系统"双重"速率QoS要求下,该机制允许次级用户在接入主系统协助主用户传输数据的同时,换取一部分授权频谱资源来实现自身数据在异构网中的传输分流,以此提升次级能效.本文研究了该机制的次级加权能效最大化非凸资源优化问题,结合参数化的分式规划算法和黄金分割法提出了一种资源分配的迭代算法.仿真结果表明,所提机制在不降低主用户通信性能的情况下,提升了次级系统传输能效,实现了主次系统传输"双赢"的目的.【期刊名称】《电子科技大学学报》【年(卷),期】2017(046)005【总页数】7页(P666-672)【关键词】认知无线电;能量效率;异构网络;资源分配;中继传输【作者】冯立;邝育军;代泽洋;付新川【作者单位】电子科技大学通信与信息工程学院成都 611731;四川广播电视大学工程技术学院成都 610073;电子科技大学通信与信息工程学院成都 611731;电子科技大学通信与信息工程学院成都 611731;电子科技大学通信与信息工程学院成都 611731【正文语种】中文【中图分类】TN92在当今倡导构建环境友好与资源节约社会的大背景下,高能量效率通信已受到业界关注。
认知无线网络中一种基于匹配和干扰量化的LTE-A上行资源共享机制费新伟;王满喜;白铂;陈巍;曹志刚【摘要】In cognitive radio network, the underlay coexistence problem of the OFDMA based Secondary System (SS) with LTE-A systems is more and more important. This paper focuses on the resource allocation and interference mitigation issues in the aforementioned scenario. The difficulty lies in the fact that even the subproblem, or power allocation with interference, is NP-Hard. Therefore, this paper proposes a two-phase Resource Allocation algorithm using maximum weighted Matching in the subcarrier allocation phase and interference Quantizing in the power allocation phase, referred to as the MQRA algorithm. As presented in this paper, the proposed MQRA algorithm has a good balance in performance and complexity, which fulfills the stringent delay requirement of LTE-A systems.%认知无线网络中基于OFDMA的次系统(SS)与LTE-A主系统(PS)以重叠方式共享频谱的问题越来越受到学术界重视,该文关注上述场景中的资源分配和干扰避免问题。
多智能体系统中的协作与博弈算法分析随着人工智能技术的不断发展,多智能体系统在各个领域中得到了广泛的应用。
多智能体系统是由多个智能体组成的集合,每个智能体都拥有自己的感知、决策和行动能力。
在多智能体系统中,智能体之间的协作与竞争起到了至关重要的作用,协作与博弈算法则成为了研究的重点。
协作算法是指多个智能体通过相互协作实现共同目标的一种算法。
在多智能体系统中,协作可以通过信息共享、任务分配、资源分配等方式实现。
一种常见的协作算法是分布式一致性算法。
该算法通过智能体之间的相互通信与交流,使得智能体能够达成共识并进行一致的行动。
例如,在一个网络节点的数据更新问题中,各个节点可以通过协作算法进行数据同步,从而保持数据的一致性。
此外,协作算法还可以通过合作博弈模型来实现。
合作博弈模型是指多个智能体根据自身的利益和目标进行博弈,通过相互合作实现最大化收益。
一个著名的合作博弈模型是合作博弈论中的核心解概念。
核心解是指所有智能体都无法得到更好的回报的一个解,即没有一个智能体能够从合作博弈中独占获得更高的利益。
通过核心解的求解,可以帮助智能体找到一个最优的协作策略,使得智能体之间的合作更加有效。
在多智能体系统中,除了协作,智能体之间的竞争也是不可忽视的。
博弈算法是指智能体通过竞争获取最大的利益的一种算法。
博弈算法主要可以分为两类,一类是完全信息博弈算法,另一类是不完全信息博弈算法。
在完全信息博弈中,智能体之间拥有完全的信息,可以准确地预测对手的行动。
而在不完全信息博弈中,智能体只能根据自身所观察到的信息进行决策。
不完全信息博弈更符合实际场景,因为在真实的环境中,智能体通常无法获取完全的信息。
博弈算法的一个重要应用领域是自适应网络。
在自适应网络中,智能体之间通过竞争获得网络资源,并根据自身的需求调整其行为策略。
例如,在自组织网络中,各个节点可以通过博弈算法选择合适的转发节点,从而提高网络的性能和可靠性。
此外,在传感器网络中,智能体可以通过博弈算法在有限的能量资源下实现最大化的数据传输效果。
5G通信网络中的网络资源管理策略研究随着互联网技术的飞速发展,5G通信网络的建设逐渐成为全球范围内的热门话题。
5G通信网络作为未来信息化社会的基石,将带来前所未有的传输速度和通信质量。
然而,由于网络资源的有限性和用户需求的多样化,如何高效地管理5G 通信网络中的网络资源成为一个亟待解决的问题。
首先,5G通信网络中的网络资源管理涉及到频谱管理。
频谱是无线通信的基础资源,而5G技术的快速发展对频谱的需求更加迫切。
因此,合理的频谱管理策略是保障5G通信网络稳定运行的基础。
一方面,政府和通信运营商应加强合作,统筹规划和合理分配频谱资源,以便满足不同区域和不同用户的需求。
另一方面,科研机构和企业应加大研发投入,提高频谱利用效率,探索更高效的频谱分配算法和技术。
只有通过频谱管理的优化,才能保证5G通信网络的高可靠性和稳定性。
其次,5G通信网络中的网络资源管理还涉及到网络架构的设计和优化。
在传统的通信网络中,网络资源的管理主要依赖于集中式的策略。
然而,5G通信网络的规模更大、复杂性更高,这就需要采用更加灵活和高效的网络架构。
例如,边缘计算和虚拟化网络等新兴技术为网络资源的优化管理提供了新的思路。
边缘计算将计算资源放置在离用户更近的位置,可以提高网络传输速度和降低网络延迟。
虚拟化网络则通过将网络功能虚拟化,使得网络资源的分配更加灵活和高效。
因此,在5G通信网络的建设过程中,应注重网络架构的设计和优化,以提高网络资源的利用效率和用户体验。
另外,5G通信网络中的网络资源管理还需考虑到安全与隐私保护。
5G通信网络的高速传输和大规模连接使得网络资源的安全性面临更大的挑战。
因此,制定有效的网络安全策略和隐私保护措施是网络资源管理的重要内容。
一方面,通信运营商和网络设备提供商应加强网络安全技术的研发和应用,防范网络攻击和数据泄露的风险。
另一方面,政府和相关部门应加强监管和法律法规的制定,保护用户的隐私权益。
只有在网络资源安全和用户隐私得到保护的前提下,5G通信网络才能顺利运行。
认知中继网络中高效性协作传输技术研究
尚鑫;贾汤易
【期刊名称】《通讯世界》
【年(卷),期】2016(000)021
【摘要】随着社会的发展,人们对无线通信技术的要求愈来愈高,传统的无线网络通信技术已难以满足日益增长的业务需求.现阶段,认知中继网络技术引起了业界人士的广泛关注,国家逐渐提升了对认知中继网络高效性协作传输技术研究工作的重视程度.笔者在本文中论述了认知中继网络中高效性协作传输技术,供有关人员参考.【总页数】1页(P53)
【作者】尚鑫;贾汤易
【作者单位】陕西广电网络传媒(集团)股份有限公司,陕西西安710061;陕西广电网络传媒(集团)股份有限公司,陕西西安710061
【正文语种】中文
【中图分类】TN925
【相关文献】
1.认知中继网络中认知用户基于频谱感知机会中继的中断性能分析 [J], 袁福;郑林华;袁继兵
2.认知中继网络中基于能效的协作传输技术研究 [J], 冯立;邝育军;吴斌伟;付新川
3.基于随机网络编码的无线中继网络协作传输算法 [J], 陈君胜;杨小勇;徐怡杭
4.基于中继选择的海上编队协作传输技术研究与中断概率分析 [J], 孙福刚; 余海瑞;
郭日成; 贺琨; 刘毅
5.认知无线网络中基于最佳中继选择的协作传输策略 [J], 褚御芝;郑宝玉
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基于合约制的认知网络协作频谱共享模型 师光强;刘颖;穆晓敏 【摘 要】为了提高认知无线电网络中主用户的能效和谱效,提出了一种基于合约制的协作频谱共享新模型.在该模型中,当主用户信道质量差时,次用户为其提供中继服务;作为回报,在主用户信道质量好时,次用户可以在一定的干扰约束下以underlay的模式和主用户共享频谱.在此框架下引入经济学中的合约理论,将主次用户间的协作问题建模为合约设计问题,并建立了主次用户评价合约收益的效用函数,将提高主用户的能效和谱效问题转变为设计合约使主用户获得最大效用的优化问题,并利用差分进化算法对该问题求解.最后,在不同的环境下,将主用户协作与不协作获得的效用进行对比,结果表明,主用户在没有额外投入频谱资源的条件下,不仅节省了发送功率,而且有效地提高了数据传输速率,进而提高了能效和谱效.
【期刊名称】《电信科学》 【年(卷),期】2016(032)005 【总页数】6页(P83-88) 【关键词】协作频谱共享;合约理论;优化问题;差分进化算法 【作 者】师光强;刘颖;穆晓敏 【作者单位】郑州大学信息工程学院,河南郑州450001;郑州大学信息工程学院,河南郑州450001;郑州大学信息工程学院,河南郑州450001
【正文语种】中 文 【中图分类】TN92 随着无线网络和服务的爆炸式增长,频谱资源稀缺成为了亟待解决的问题。研究表明,频谱的固定分配制度导致资源利用率低下,较低的频谱资源利用率和有限的可用频谱间的矛盾催生了认知无线电这一新的通信技术。动态的频谱共享机制是认知无线电中的关键技术,由于允许非授权用户SU(secondary user,次用户)通过各种动态接入方式(underlay(共存)、inter-wave、overlay(覆盖)、协作)与授权用户PU(primary user,主用户)共享频谱资源,因此动态的频谱共享可以有效提高频谱利用率[1,2]。在基于认知的协作通信中,主用户释放空闲频谱换取次用户的中继服务,交易的资源是频谱和功率,双方均获得收益是成功交易的前提,收益可以通过构建各自的效用函数来评估,参考文献[3]将这种交易建模为具有激励机制的市场驱动模型。 在基于资源交易的协作频谱共享模型中,SU为PU提供中继服务并获得PU释放的频谱资源,PU在获得链路可靠通信的同时也节省了发射功率[4,5]。因此可知基于资源交易的协作通信机制,PU的谱效和能效得到有效提升。协作频谱共享可分为underlay 和 overlay 两种方式[6,7]。已有的协作频谱共享研究大多集中在主次用户以overlay的方式共享频谱[8-10],次用户为主用户提供中继服务并获得一定时隙的频谱资源。在其所获得的时隙内,主用户不能使用频带。在共存的共享方式下,只要次用户对主用户的干扰低于主用户可容忍的干扰限制,次用户就可与主用户同时共享授权频带[11,12]。考虑到主用户的信道质量具有时间维度上的随机性,当其信道质量差时,次用户为其提供中继服务;当其信道良好时,在不采用中继转发的情况下亦可满足其传输需求。在一定干扰约束下,可以令SU以underlay的模式共享频谱,以此取代对次用户提供中继服务的专有时隙奖励,可节省更多的频谱资源。 本文提出了一种新的协作频谱共享模型,在该模型中,次用户在主用户信道质量差时为其提供中继服务,作为酬劳,在主用户信道良好时,次用户可以以underlay的方式与其共享频谱资源,并利用合约理论将其建模为合约设计问题。通过定义评价合约收益的效用函数,得到了主用户效用最大化的优化问题,并利用差分进化算法求解。最后,仿真结果表明,主用户的能效和谱效均得到了提升。 协作频谱共享的网络模型如图1所示。该模型包含1个主用户和1个次用户通信链路,每条通信链路有一对收发天线,分别记PU和SU发射—接收天线对为(PT,PR)和(ST,SR)。PU拥有频带的使用权,PT和PR之间的信道质量服从瑞利分布。当主用户信道质量低于一定阈值时,次用户为主用户链路提供中继服务,保证主用户链路的可靠通信;作为中继转发的奖励,当主用户信道质量高于阈值时,主用户允许次用户以underlay的方式接入信道,条件是满足一定的干扰约束。PU和SU之间的协作频谱共享分为协作和频谱共享两个阶段,如图1所示。 协作中继阶段1,主用户发射端以功率P0发送数据至对应的接收端和次用户发射端。协作中继阶段2,次用户发射端将阶段1收到主用户数据进行解码转发给主用户接收端。频谱共享阶段,SU在一定的干扰约束下以underlay的方式与PU共享信道。 在上述协作频谱共享过程中,假设参与协作的SU对协作中继阶段1收到的数据可以成功解码,因此在研究中继转发时仅需考虑SU发射端到PU接收端的中继链路。 在上述协作频谱共享的机制中,PU和SU存在资源的交换。影响交易双方收益的要素有中继功率、中继服务的信道增益阈值和次用户在频谱共享阶段对主用户的干扰约束。加大中继功率,PU的数据传输速率增加,但SU的能耗也增加,会影响其自身的收益;降低中继服务的信道增益阈值,则意味提供中继服务的概率增加,频谱共享的概率降低,即SU提供中继服务的时长增加,而频谱接入时间减少,SU的能耗增加并且数据传输量减少;增大频谱共享阶段的干扰约束,则PU在频谱共享阶段受到更多的干扰,传输速率下降,SU则可以以更大的传输速度发送自身的数据。因此,主次用户之间存在矛盾。协作双方若要在资源交换中达到各自的效用最大化,取决于是否存在有效的激励机制吸引双方积极和主动的协作。为分析该协作机制的协作收益,引入经济学中的合约理论,将PU和SU希望从资源交换中获得各自效用最大化的问题转换为PU最优合约的设计问题。上述过程中SU是被动地选择最优合约,因此最优合约设计问题就成为PU如何设计合约让自己获得最大效用的问题。 假设PT和PR之间的信道质量服从参数为σ的瑞利分布,当信道的增益低于h*时,SU需要为PU提供中继服务,此时SU可以与PU共享频谱,SU提供中继服务的概率为pr,则SU与PU共享频谱概率为1-pr,其中pr为: 在协作中继阶段1,PU发送数据至自身的接收端和次用户的发射端,PU的数据传输速率的期望可以表达为: 其中,P0为主用户的发射功率,n0为主用户接收端的噪声功率。 在协作中继阶段2,次用户为主用户提供中继服务,此时PU的数据传输速率为: 其中,P为主用户接收端收到次用户转发信号的功率。 根据参考文献[9],PU在协作阶段获得的期望数据传输速率为: 在频谱共享阶段,PU在SU的干扰下发送数据,PU的期望数据传输速率为R3: 其中,α为在频谱共享阶段,主用户允许次用户对其产生的干扰功率与主用户接收端收到次用户转发信号功率的比值。 综上所述,主用户整体的平均数据传输速率的期望为: 定义主用户整体的数据传输速率期望为PU的效用函数 UP,即: 在协作频谱共享过程中,SU消耗能量换取频谱资源发送自身的数据。次用户在频谱共享阶段以主用户允许的最大功率发送信息,则在整个过程中发送自身数据的传输速率期望RS为: 其中,h1为次用户发射端到主用户接收端的信道增益,h2为次用户发射端到自身接收端的信道增益,h3为主用户发射端到次用户接收端的信道增益,n1是次用户接收端的噪声功率。 在整个过程中,SU的消耗的总功率期望为: 其中,P/(2h1)表示在协作阶段 SU 的平均功率,αP/h1 表示次用户发送自身数据的传输功率。 定义次用户发送自身数据的传输速率期望RS减去消耗的代价为次用户的效用函数US表达式为: 其中,C表示次用户消耗单位能量的代价,通常由电池的能量转化效率决定。 最优合约设计问题为PU设计合约令自身获得最大效用的问题,主用户在追求最大效用的同时,需考虑次用户的个人理性约束,即次用户存在激励与主用户协作。 个人理性约束是指次用户仅在自身获得非负效用的条件下与主用户进行协作频谱共享。即满足: 因此,优化问题可以写为: 式(12)是一个非凸问题,为了得到该问题的解,采用经典的差分进化算法进行求解,算法的具体步骤[13]如下。 步骤1 随机产生初始化种群。 步骤2 对初始化种群进行评价,即计算初始种群中每个个体的目标函数值。 步骤3 判断是否达到终止条件或进化代数达到最大。若是,则进化终止,将此时的最佳个体作为解输出。若否,则继续。 步骤4 进行变异和交叉操作,对边界条件进行处理,得到临时种群。 步骤5 对临时种群进行评价,计算每个个体的目标函数值。 步骤6 进行选择操作,得到新种群。 步骤7 进化代数k=k+1,转步骤3。 为了验证本文提出协作频谱共享模型和建立的合约优化问题的有效性,基于MATLAB平台对上述研究做了数值仿真实验,其中采用差分进化算法求解式(12)。仿真的主要参数设置如下[9,10]:h1=2,h2=5,h3=0.5,n0=1,n1=1,P0=10,C=0.03。 由PU的效用函数可以看出,随着次用户的发射端到主用户接收端的信道质量的变化,PU获得的效用受到影响,图2具体分析了h1对UP的影响。由图2可以看出,PU通过协作可以获得更高的效用,且随着h1的增大,主用户获得的效用增大。原因是在其他参数和合约不变的情况下,增大h1,SU获得的效用不变,主用户在中继协作阶段2可以获得更大的数据传输速度,因而PU的效用增加。 图3分析了次用户发射端到自身接收端的信道增益对PU获得效用的影响。由图3可以看出,随着h2的增大,主用户获得的效用增大,这是因为在其他参数和合约不变的情况下,增大h2的会导致SU获得的效用增加,因此主用户可以令次用户以更高的中继功率转发数据并且降低干扰约束,进而提高自身的效用。 图4分析了主用户发射端到次用户接收端的信道增益对PU获得效用的影响。由图4可以看出,随着h3的增大,主用户的效用减少,原因是在其他参数和合约不变的情况下,增大h3,PU对SU的干扰增大,SU的数据传输速度降低,从而导致PU降低中继功率或者提高次用户的干扰上限以获得SU的中继服务,进而效用降低。 为了探讨次用户消耗单位能量的代价C对PU获得效用的影响,图5研究了次用户的单位能量代价由低到高变化时,PU获得的效用。由图5可以看出,当C较小时,PU可以获得较大的效用,随着次用户的消耗单位能量的代价C增大,PU的效用降低,其根本原因是,增大C意味着在SU能量消耗不变的情况下,需要付出更大的代价,因此次用户会使用更低的中继功率或者以更大的功率发送自身的数据,这必会引起PU的效用降低。 由以上仿真结果可知,PU在没有额外投入频谱资源的条件下,与SU进行协作获得了更多的效用,即提高了平均传输速率,由于PU在协作中继阶段2无需发送信
5G无线通信网络中的网络切片与资源分配研究摘要:随着物联网和大数据的迅猛发展,5G无线通信网络作为下一代移动通信技术已经蓬勃发展。
然而,传统的无线通信网络无法满足大规模连接、多样化服务和高可靠性的需求。
因此,网络切片与资源分配成为了5G网络中的重要研究问题。
本文将重点探讨5G无线通信网络中的网络切片技术和资源分配问题,并提出相应的解决方案和未来发展趋势。
1. 引言5G无线通信网络将成为连接人与物的桥梁,为各行各业提供高速、低延迟和可靠性强的通信服务。
然而,5G网络中承载的应用场景和服务种类多样,要求网络能够提供不同特性和QoS要求的服务。
为了实现这一目标,网络切片技术应运而生。
2. 网络切片技术概述网络切片是将物理网络划分为多个虚拟网络的过程,每个虚拟网络都可以为不同的应用和服务提供定制化的网络资源。
网络切片技术可以通过灵活配置和管理网络资源,为各种不同需求的服务提供个性化的支持。
此外,网络切片还可以为不同的用户提供个性化的服务体验。
3. 网络切片与资源分配挑战在5G无线通信网络中进行网络切片与资源分配面临着诸多挑战。
首先,不同切片的应用场景和服务类型不尽相同,需要根据其特性提供不同的资源分配策略。
其次,网络切片与资源分配需要考虑多个KPI指标,如吞吐量、时延、能耗等,需要在不同指标之间进行权衡和优化。
同时,资源分配还需考虑到无线信道的动态变化和用户需求的实时性。
最后,网络切片还要充分考虑网络拓扑结构、链路负载均衡和容错可靠性等问题。
4. 网络切片与资源分配解决方案为应对上述挑战,研究者们提出了多种网络切片与资源分配的解决方案。
首先,基于机器学习和人工智能的算法可以实现对网络资源进行智能管理和优化,根据实时数据和用户需求进行资源分配。
其次,引入虚拟化技术可以将网络资源进行灵活划分和管理,提高资源利用率和网络性能。
此外,优化算法和调度策略也是提高网络切片效果和资源分配效率的关键。
5. 未来发展趋势随着5G网络的推广和应用,网络切片与资源分配将成为未来研究的热点之一。
第32卷第11期 2011年11月 通信学报
Journal on Communications 、b1-32 No.11
November 201 1
多速率认知网络中协作资源共享机制研究 张琰,盛敏,李建东,韩维佳,马骁 (西安电子科技大学ISN国家重点实验室信息科学研究所,陕西西安710071)
摘要:针对多速率认知网络分析了不同体制网络间相互协作的动机及策略。基于排队论模型,提出了不同协作 策略的时延分析模型,得到了不同类型用户的业务到达率、分组长度、信道传输速率与业务平均服务时间之间的 解析关系,进而揭示了不同协作资源共享机制的时延性能以及适用的场景。数值仿真验证了分析模型的准确性和 有效性,同时证明:通过合理利用用户间的协作,不仅可以更好地保障主用户业务的QoS性能,还可以有效提升 次级用户的接入机会和QoS保障能力。 关键词:认知网络;多速率;协作策略;服务质量;时延分析 中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1000—436X(2011)11.0035.09
J A● l ● n ’J● A ●A‘ A ’ l【_ ooperaUve resource SIIarlnIj[10r mulU rate cognitive networks ZHANG Yan,SHENG Min,LI Jian—dong,HAN Wei-jia,MA Xiao (The State Key Lab ofISN&Information Science Institute,Xidian University,Xi’an 710071,China)
Abstract:The motivations and strategies of cooperation between heterogeneous networks were discussed for multi rate cognitive networks.Based on queuing theory,the delay analytical models for different cooperative strategies were pro— posed and the closed form analysis,which exactly shows the relationship among different users’traffic arrival rate, packet length,transmission rate and service delay,was obtmned to reveal the delay performance and appropriate applica- tion scenarios of different cooperative strategies.The simulation results confirm that the proposed analytical model is correct and effective.In addition,it shows that not only the QoS of primary user is better guaranteed,but also the access opportunityandQoS of secondaryuserareimprovedby cooperationdramatically. Key words:cognitive networks;multi rate;cooperative strategy;quality of service;delay analysis
言 字訾 嵩 随着无线通信技术的飞速发展,新一代无线网 构网络,传统蜂窝网络中的IMS(IP multimedia 络正逐渐向着多元化、异构化、智能化方向发展, subsystem)技术已经很难驾驭。2005年美国弗吉尼
收稿日期:2011-07—31;修回日期:2011-11-08 基金项目:国家科技重大专项基金资助项目(2010zx1030o5—002,2010zx03003.001,2011zx03005.005);国家杰出青年科学基金 资助项目(60725105);国家重点基础研究发展计划(“973”计划)基金资助项目(2009CB320404);长江学者和创新团队发展计划 基金资助项目(瓜T0852);国家自然科学基金资助项目(60972048,60972047);国家重点实验室专项基金资助项目(ISN0l080301); 高等学校学科创新引智计划基金资助项目(BO8038);中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(K50511010011) Foundation Items:The National Science and Technology Major Project of China(2010ZX03005.002.2010ZX03003.001. 201 1ZX03005—005);The National Science Fund for Distinguished Young Scholars of China(60725 105);The National Basic Re— search Program of China(973 Program)(2009CB320404);Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University (IRT0852);The National Natural Science Foundation of China(60972048,60972047);Special Fund of State Key Laboratory (ISN01080301);The l11 Project(B08038);The Fundamental Research Funds for the Central Universities(K505110100l1、 通信学报 第32卷 亚工学院的W.Thomas等人提出了一个全新的概 念——认知网络l1】,给人们指明了管理复杂网络的 新方向,并以优化网络端到端效能为目标,通过透 彻地认知网络中的资源使用状态,以自组织的方式 实现网络资源的管理和控制。另一方面,Laneman 等早在2003年就给出了节点间相互协作的方法和 理论增益,这也为提高网络的传输质量和资源利用 效率提供了新的途径【2]。不难发现:认知和协作这 2项新兴技术有着天然的互补特性,通过认知技术 可以寻找、挖掘到网络中闲置的可用资源,而通过 节点乃至网络间的协作则可以最大化资源的利用效 率,从而释放出更多的可用资源,两者相辅相成【3’4J。 因此,在文献『5】中0.Simeone首次提出次级用户可 以通过中继主用户的数据来提高主用户的传输性 能,同时自身也获得更多的信道使用机会,进而达 到“双赢”的局面。这一核心思想为协作认知技术 的研究奠定了基础。其后,Goldsmith等从信息论 的角度进一步证明了次级用户和主用户间协作能 够带来的系统容量增益[6],从而给出了该领域研究 的理论支撑。文献[7]中,Zhang Qian从博弈论的角 度进一步讨论了次级用户和主用户问的协作关系, 并引入主用户频谱定价机制,使主用户获得额外的 收益。文献[8]中,I.Krikidis给出了次级用户与主 用户协作时网络的稳定吞吐量分析。文献[9]研究了 协作引入后对各类用户能耗的影响。 在上述的研究中,作者大都主要关注协作认知 技术对整个网络的容量提升,而对主用户和次级用 户业务的OoS尤其是时延性能并没有进行充分阐 述。但是在这个快节奏、数字化、多媒体的时代, 人们对时延的要求越来越苛刻,那么主用户和次级 用户间协作对其各自时延性能的影响,以及不同协 作方式的性能评估自然而然成为了要解决的重点 问题。近来,文献[10,1l1分析了在不引入协作技术 时认知网络中主次用户的时延性能。文献[12]通过 引入次级用户的协作分集增益,在假定次级用户尽 力协作的条件下,分析了协作分集增益对主、次用 户时延和吞吐量性能的影响,然而其并没有考虑无 线节点的多速率传输特点以及次级用户更具主动 性的协作策略。 本文中,充分利用无线节点间的多速率传输特 性,以协作传输来压缩主用户的信道占用时间,并 结合更为理性的“一报还一报”协作策略,使次级 用户利用更为主动的协作资源共享方式来提升自 身业务的服务质量。在此基础上,利用排队论模型 对各种资源策略进行建模,从理论上获得了准确的 解析分析,揭示了不同类型用户的业务到达率、分 组长度、信道传输速率与业务平均服务时间之间的 内在关系,为不同的场景下协作资源共享机制的选 择提供了理论基础。数值仿真验证了分析模型的有 效性和正确性,也证明了合理的利用用户问的协 作,可以在有效保障主用户业务QoS性能的条件 下,使次级用户更为主动地提升自身的接入机会和 QoS保障能力。
2多速率认知网络协作的动机及策略 人们“井喷式”增长的通信需求和稀缺的无线 频谱资源之间的矛盾是无线通信领域所面临的根本 问题。而高昂的频谱使用费用,使各大运营商非常 头痛,但与此同时,美国FCC(federal communica. tions commission)的报告则显示:大量已划分的频谱 资源被闲置,且各个网络的频谱使用情况随时间的 变化而呈现严重的“潮汐”现象。那么,多种网络 问资源的相互认知、相互协作也就成为解决这一 “供需”矛盾的唯一法宝。通过资源的认知不仅可 以发掘网络中散落的闲置资源,还可以将资源聚 合,从而发挥意想不到的作用。另外,在无线网络 中随着节点的位置分布和周围环境的变化,其相互 间的信道条件也大不相同,从而具有了多速率传输 的天然属性,这在最早的无线局域网标准中就已经 得到了体现,如IEEE 802.11b,它支持l,2,5.5和 11Mbit/s的4种传输速率。那么当源节点和目的节点 信道条件较差时,通过中间节点协作转发来完成高 速率传输,从而压缩低速率信息对宝贵无线资源的 占用量。因此,认知和协作2项新技术的强强联合, 已经成为了无线资源管理领域的研究热点,而不同 的结合方式,也会形成不同的性能差异和适用场景。 图1给出了主用户和次级用户资源共享方法和 协作策略的基本模式:图1(a)为最原始的“专网专 用”资源使用方式,网络间不存在资源共享,该网 络的用户独享网络资源,因此业务量较轻时也就必 然出现资源的闲置;图1(b)为传统的认知方式,次 级用户通过感知该网络资源的使用情况,在不干扰 该网络中主用户对资源使用的前提下,以机会式使 用该网络的闲置资源。不难发现:对于次级用户来 说,这是一种被动式、无保障的资源共享模式,因 此所能承载的业务类型也大大受到限制,而这种状