分層異構(gòu)移動(dòng)云接入架構(gòu)研究

張祖凡，易印雪

(重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶400065)

0 引言

為了滿足用戶對(duì)無(wú)處不在的高速無(wú)線服務(wù)的需求，未來(lái)寬帶無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必將朝著異構(gòu)、協(xié)同、高速、綠色的方向發(fā)展，將廣泛采用包括多天線技術(shù)、分布式天線技術(shù)、中繼技術(shù)及協(xié)作等關(guān)鍵技術(shù)在內(nèi)的多種新技術(shù)，以極大提高網(wǎng)絡(luò)的容量、覆蓋能力和傳輸性能。傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將很難以合理的比特成本同時(shí)滿足高速與高覆蓋率的要求。因此，未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須對(duì)傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并融合新的非蜂窩結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。實(shí)質(zhì)上，傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)的改變就是要改變無(wú)線接入網(wǎng)部分，這一方面是無(wú)線電波覆蓋的問(wèn)題，同時(shí)也是不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和無(wú)線資源利用的問(wèn)題。

分層網(wǎng)絡(luò)最早應(yīng)用于蜂窩移動(dòng)中以解決熱點(diǎn)覆蓋問(wèn)題，隨著技術(shù)的發(fā)展，分層網(wǎng)絡(luò)與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)已緊密地結(jié)合在一起，即考慮蜂窩網(wǎng)絡(luò)、多種短距離通信網(wǎng)絡(luò)的一種分層異構(gòu)組網(wǎng)模式或網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)［1］，這也是當(dāng)前寬帶無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)的主流組網(wǎng)架構(gòu)之一，它在提高網(wǎng)絡(luò)接入能力方面起到了積極的作用。但這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的不足主要體現(xiàn)在異構(gòu)中的不同網(wǎng)絡(luò)基站或節(jié)點(diǎn)間未能有效協(xié)作以及系統(tǒng)的信道資源分配較為單一等方面。而實(shí)際上異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的有效融合是當(dāng)前無(wú)線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，目前從融合的角度上看，大多集中在數(shù)據(jù)鏈路層及上層的研究，例如垂直切換［2-5］、移動(dòng)性管理［6-8］等。然而，研究如何實(shí)現(xiàn)其無(wú)線物理接入方面的融合比較少見，而這一問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是未來(lái)寬帶無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)首要解決的問(wèn)題。

近年來(lái)，針對(duì)短距離通信提出的一種移動(dòng)云架構(gòu)［9-11］，其核心思想是期望用戶間短距離范圍內(nèi)［12-13］不通過(guò)基站而是通過(guò)其他某種方式(例如中繼)進(jìn)行通信，其中，主要涉及到一定范圍內(nèi)特定用戶組成的云，目前重點(diǎn)研究的是通過(guò)這種云結(jié)構(gòu)在視頻方面共享與傳輸問(wèn)題［14-16］，以及一些高層協(xié)議控制［17-19］等。其中，與無(wú)線接入部分相關(guān)的研究主要集中在協(xié)作網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸?shù)确矫?。已有研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)對(duì)這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的組網(wǎng)方式［9，13，20］、協(xié)作網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸［15，17，21］、高層控制協(xié)議［11，18，22］等方面展開研究，以期望實(shí)現(xiàn)這一云結(jié)構(gòu)下的視頻共享與傳輸，從而滿足未來(lái)高速視頻傳輸?shù)男枰?。但其中涉及到的物理層用戶間無(wú)線接入問(wèn)題的研究少見。

為此，為進(jìn)一步提高新一代寬帶無(wú)線移動(dòng)通信接入的靈活有效、可靠能力，本文以分層異構(gòu)網(wǎng)為基礎(chǔ)，提出一種新型分層異構(gòu)移動(dòng)云接入網(wǎng)的架構(gòu)體系，利用多天線增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)覆蓋控制、利用協(xié)作實(shí)現(xiàn)蜂窩與短距離通信異構(gòu)接入的分層及用戶移動(dòng)云的形成，實(shí)現(xiàn)一種新型的、靈活有效、可靠的無(wú)線接入方式，進(jìn)而滿足未來(lái)寬帶無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的總體發(fā)展。

1 分層異構(gòu)移動(dòng)云接入架構(gòu)

為了分析方便，首先對(duì)提出的分層異構(gòu)移動(dòng)云接入架構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。如圖1所示，分層異構(gòu)移動(dòng)云以異構(gòu)間網(wǎng)絡(luò)垂直分層、同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)水平形成移動(dòng)云為核心思想。從接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上看，該架構(gòu)本質(zhì)是將通常的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層，同時(shí)考慮同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)作。從技術(shù)層面上看，該架構(gòu)以可擴(kuò)展的分層異構(gòu)移動(dòng)云接入網(wǎng)架構(gòu)體系替代現(xiàn)有眾多分離研究的接入網(wǎng)架構(gòu)，支持不同普適業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的融合。

圖1 分層異構(gòu)移動(dòng)云接入架構(gòu)Fig.1 Layered heterogeneous mobile clouds access architecture

由圖1可以看到，提出的分層異構(gòu)移動(dòng)云架構(gòu)包含兩層意思:①處于不同層的用戶形成分層移動(dòng)云;②處于同一分組中的用戶形成分組動(dòng)態(tài)移動(dòng)云，也即異構(gòu)移動(dòng)云。分層異構(gòu)移動(dòng)云內(nèi)的所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都可工作在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，并且還可工作在它們自己的本地網(wǎng)絡(luò)—短距離通信網(wǎng)。系統(tǒng)中的一部分用戶能夠接收并緩存來(lái)自NodeB的數(shù)據(jù)流，然后通過(guò)短距離通信網(wǎng)跟同一個(gè)分組云中的其他用戶共享。因此，從接入的角度看，系統(tǒng)將呈現(xiàn)的是一個(gè)兩層通信網(wǎng)絡(luò)，即蜂窩和短距離通信網(wǎng)絡(luò)。

具體地，分層異構(gòu)移動(dòng)云中完整的通信過(guò)程可以作如下簡(jiǎn)單描述。NodeB根據(jù)某一驅(qū)動(dòng)因素對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，然后將分組后的數(shù)據(jù)塊傳輸給云頭。同時(shí)，為了提高通信服務(wù)質(zhì)量，云頭在接收數(shù)據(jù)后相互協(xié)作重傳，以減少向NodeB請(qǐng)求數(shù)據(jù)重傳的次數(shù)。另外，在接收到所有的數(shù)據(jù)分塊后，每個(gè)云頭將接收到的完整數(shù)據(jù)流與同一分組云中的其他移動(dòng)節(jié)點(diǎn)分享。此外，如果云內(nèi)用戶在協(xié)作傳輸后沒(méi)有接收到完整的數(shù)據(jù)流，則可以利用動(dòng)態(tài)移動(dòng)云間的協(xié)作傳輸。

2 分層異構(gòu)移動(dòng)云的接入控制與實(shí)現(xiàn)機(jī)制

分層異構(gòu)移動(dòng)云中，不同的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)處于不同的分組移動(dòng)云內(nèi)，每個(gè)分組云中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)某一規(guī)則共同選出一個(gè)唯一且性能最好的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為云頭 (cloud header，CH)，CH負(fù)責(zé)所有分層云級(jí)別的任務(wù)，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以找到合適的分組用戶完成資源共享。移動(dòng)云中數(shù)據(jù)的傳輸對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性沒(méi)有限制，即所有的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(包括CH)可以隨時(shí)加入或者退出分組云網(wǎng)絡(luò)，形成動(dòng)態(tài)移動(dòng)云。

2.1 動(dòng)態(tài)移動(dòng)云的形成

為了便于討論，以圖1所示的分層異構(gòu)移動(dòng)云架構(gòu)為例進(jìn)行說(shuō)明，動(dòng)態(tài)移動(dòng)云的形成算法包括:首先，對(duì)系統(tǒng)中的所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組，形成分組移動(dòng)云;再根據(jù)一定的準(zhǔn)則從每個(gè)分組云中選出具有最優(yōu)性能的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為每個(gè)分組云的領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，即云頭。

假定分層異構(gòu)移動(dòng)云系統(tǒng)一共有K個(gè)用戶，并形成J個(gè)動(dòng)態(tài)分組移動(dòng)云，則整個(gè)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)就有J(J≤K)個(gè)云頭，被選擇出來(lái)的J個(gè)云頭形成分層云的第一層(圖1中的CH1，CH2，…，CHJ);NodeB將分組后的數(shù)據(jù)塊傳輸給第一層的云頭。被選擇出來(lái)的云頭接收并緩存來(lái)自NodeB的數(shù)據(jù)流，然后利用協(xié)作傳輸技術(shù)跟同一分組云中的其他云成員共享。

動(dòng)態(tài)移動(dòng)云形成的算法是:首先，將系統(tǒng)中的所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組;然后，在形成的每個(gè)分組云中選擇一個(gè)性能最優(yōu)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為云頭，被選擇作為云頭的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將從NodeB接收到的數(shù)據(jù)流共享給同一分組云中的其他云成員。動(dòng)態(tài)移動(dòng)云的形成與云頭選擇算法流程圖，如圖2所示。

上述動(dòng)態(tài)移動(dòng)云形成算法可以描述為如下步驟。1)隨機(jī)選擇J個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為初始云頭。

2)交替進(jìn)行移動(dòng)節(jié)點(diǎn) (mobile node，MN)分組和云頭選擇步驟，直到選擇結(jié)果保持穩(wěn)定。

MN分組:對(duì)于給定的云頭C，如果節(jié)點(diǎn)MNmi與CH cj(其中i表示MN對(duì)應(yīng)的序號(hào)，j表示云頭對(duì)應(yīng)的序號(hào)，即對(duì)應(yīng)的分組云序號(hào))通信，可以獲得最高能量效率，則將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)MNmi分到CHcj所在的分組云j中，可得

CH選擇:對(duì)于上述的分組結(jié)果，當(dāng)且僅當(dāng)MNmi∈Gj可以使分組云j中的所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通信的總能量效率最高時(shí)被選擇作為云頭，即

3)對(duì)于給定的J，計(jì)算系統(tǒng)總能量效率 ，并記錄結(jié)果。

4)選擇不同的 J，重復(fù)步驟1)—3)，其中1≤J≤K。

圖2 動(dòng)態(tài)云形成算法流程圖Fig.2 Algorithm flow chart of dynamic mobile cloud formation

5)選擇具有最高系統(tǒng)能量效率的分組結(jié)果，并將對(duì)應(yīng)的J作為最優(yōu)云頭數(shù)。

以上步驟交替進(jìn)行，直到分組結(jié)果和云頭選擇結(jié)果保持不變，算法停止。從圖2中可以看到，動(dòng)態(tài)移動(dòng)云形成算法通過(guò)迭代循環(huán)，得到的分組結(jié)果可以使系統(tǒng)獲得高能量效率。而且系統(tǒng)會(huì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，實(shí)時(shí)更新，一旦系統(tǒng)中的分組云內(nèi)有節(jié)點(diǎn)加入/退出移動(dòng)云，則重新執(zhí)行動(dòng)態(tài)云的形成算法。

一旦建立了動(dòng)態(tài)移動(dòng)云，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間就能互相共享資源，包括無(wú)線資源—頻譜，內(nèi)容—圖片、聲音、視頻，或者是物理資源—計(jì)算能力、大容量存儲(chǔ)器、傳感器等。移動(dòng)云中的資源共享不僅適用于組播或廣播場(chǎng)景，同樣適用于信息流的單播傳輸。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)必須從與覆蓋網(wǎng)連接的接口接收需要的全部信息。

而移動(dòng)云場(chǎng)景中，需要共享的數(shù)據(jù)流首先被分組，然后被分塊傳送給云頭，也即信息流的各個(gè)數(shù)據(jù)塊被傳送給云頭。在接收到各個(gè)數(shù)據(jù)分塊后，云頭間則通過(guò)協(xié)作傳輸來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)通信過(guò)程中丟失的數(shù)據(jù)塊，以得到完整的數(shù)據(jù)流。然后由云頭向各個(gè)分組云中的云成員共享，分組移動(dòng)云內(nèi)的數(shù)據(jù)共享同樣采用數(shù)據(jù)分組方案。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方案相比，由于移動(dòng)云成員間的短距離鏈路在數(shù)據(jù)交換時(shí)可獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，所以移動(dòng)云中的數(shù)據(jù)共享方案所消耗的總能量會(huì)更小。

2.2 云頭間協(xié)作重傳

云頭在從NodeB接收數(shù)據(jù)流時(shí)，如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤/丟失，首先考慮通過(guò)短距離鏈路進(jìn)行云頭間的協(xié)作重傳，如果云頭間的協(xié)作重傳不能恢復(fù)數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤，才考慮向NodeB請(qǐng)求重傳。

協(xié)作重傳是一種基于分層異構(gòu)移動(dòng)云中的短距離通信模式。首先，系統(tǒng)中第一層的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)—云頭形成一個(gè)協(xié)作重傳云，云頭間可以通過(guò)短距離鏈路協(xié)作傳輸數(shù)據(jù)。短距離鏈路的數(shù)據(jù)速率比任何一條蜂窩鏈路都高，而且短距離鏈路的功率消耗更低，因?yàn)榘l(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離更短，同時(shí)這也為短距離鏈路間通信的可靠性提供了保證。

云頭間協(xié)作重傳過(guò)程如圖3所示，假定存在如圖3所示數(shù)據(jù)包的丟失，顯然CH3丟失的數(shù)據(jù)包至少可以通過(guò)2種方式重傳，一是通過(guò)NodeB;二是通過(guò)CH3附近的其他云頭，如CH1重傳。從能量消耗方面考慮，我們首先考慮通過(guò)CH3附近的其他云頭，如CH1重傳來(lái)實(shí)現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)包的恢復(fù)。CH3與CH1之間通過(guò)短距離鏈路完成數(shù)據(jù)的有效可靠傳輸，實(shí)現(xiàn)云頭間的協(xié)作重傳。

圖3 云頭間協(xié)作重傳示意圖Fig.3 Diagram of cooperative retransmission among cloud hearders

云頭間的協(xié)作重傳充分利用了短距離鏈路上數(shù)據(jù)傳輸可靠的特點(diǎn)，在同一分層云中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)短距離鏈路在短時(shí)間內(nèi)交換或者重傳丟失的數(shù)據(jù)包。這樣不但可以節(jié)省能量消耗，而且還能減少數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤或者丟失恢復(fù)的時(shí)延，所以短距離通信可以增加蜂窩鏈路總的吞吐量。

2.3 云內(nèi)協(xié)作傳輸

云內(nèi)協(xié)作傳輸過(guò)程如圖4所示，云頭首先通過(guò)短距離鏈路將分組后的數(shù)據(jù)塊傳輸給分組云中的所有成員，然后各個(gè)云成員通過(guò)短距離鏈路相互協(xié)作，與云內(nèi)其他成員交換自己所接收到的數(shù)據(jù)。這樣，同一分組云中的每個(gè)非CH成員都可以通過(guò)短距離鏈路從其他云成員接收到剩余的數(shù)據(jù)塊。在可靠的短距離無(wú)線鏈路上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)僅需要很低的接收功率就可以獲得其余的數(shù)據(jù)塊。

假設(shè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)短距離無(wú)線鏈路建立一個(gè)協(xié)作云網(wǎng)絡(luò)。云內(nèi)協(xié)作傳輸過(guò)程中，每個(gè)CH都可以通過(guò)蜂窩鏈路接收來(lái)自NodeB的數(shù)據(jù)流，通過(guò)CH間的協(xié)作重傳保證CH間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕缓笥蒀H給同一分組云中的其他MN共享。假設(shè)每個(gè)分組云中除CH外還有n個(gè)MN。傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，組播通信需要NodeB傳輸以相同數(shù)據(jù)速率編碼的組播數(shù)據(jù)流給同一分組中的用戶。與傳統(tǒng)組播通信不同的是，移動(dòng)云中提供的協(xié)作傳輸服務(wù)是這樣的:首先，用NL表示一定時(shí)間內(nèi)傳輸給同一分組云內(nèi)的n個(gè)用戶的總數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。然后，將數(shù)據(jù)NL分為一系列的數(shù)據(jù)段{NL1，…，NLi，…，NLn}，CH 分別傳輸給對(duì)應(yīng)的MNi。此外，假設(shè)j≠i時(shí)，MNi對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)NLi傳輸不會(huì)對(duì)MNj對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)NLj傳輸引起干擾，這是因?yàn)榉峙浣o傳輸數(shù)據(jù)NL的頻率資源可以被分為更小的子信道，而且每個(gè)子信道被分給分組云中對(duì)應(yīng)的用戶。

圖4 云內(nèi)協(xié)作傳輸示意圖Fig.4 Diagram of cooperative transmission for intra-cloud

因此，協(xié)作傳輸?shù)牡?步中，CH通過(guò)短距離鏈路將數(shù)據(jù)NLi傳輸給同一分組云中對(duì)應(yīng)的MNi。然后，為了與云中的其他用戶共享，每個(gè)MNi廣播自己接收到的數(shù)據(jù)NLi。這里，假設(shè)傳輸數(shù)據(jù)NLi的廣播信道被分別分配給每個(gè)MNi。經(jīng)過(guò)第2步的協(xié)作傳輸以后，云中的所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都可以接收到數(shù)據(jù)塊集合{NL1，…，NLi，…，NLn}，然后重建總的數(shù)據(jù)NL。共享NLi的第2步可以通過(guò)云中的用戶協(xié)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。

移動(dòng)云中的協(xié)作傳輸算法優(yōu)勢(shì)之一就是在完成數(shù)據(jù)協(xié)作傳輸?shù)耐瑫r(shí)，可以有效利用蜂窩鏈路資源。傳統(tǒng)的組播通信中需要以同樣的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行編碼，而且編碼的數(shù)據(jù)速率是根據(jù)具有最差信道條件的干擾用戶來(lái)決定，這樣信道條件好的用戶就不能支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。動(dòng)態(tài)移動(dòng)云協(xié)作傳輸通過(guò)引入2步連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題:①來(lái)自CH的數(shù)據(jù)接收(見圖4a);②MN間的數(shù)據(jù)共享(見圖4b)。

上述分析研究說(shuō)明，提出的分層異構(gòu)移動(dòng)云架構(gòu)，既可實(shí)現(xiàn)分組云內(nèi)的數(shù)據(jù)共享，也可進(jìn)行多個(gè)分組移動(dòng)云之間的數(shù)據(jù)共享。分層異構(gòu)移動(dòng)云架構(gòu)的核心就是資源共享，為了更深入地闡述分層異構(gòu)移動(dòng)云中的資源共享思想，作如下描述。

1)系統(tǒng)中的第1層云由各個(gè)分組云中根據(jù)某一準(zhǔn)則選出的具有最優(yōu)性能的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)—云頭組成，第2層云由各個(gè)分組云中除云頭外的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。云頭既要負(fù)責(zé)從NodeB接收數(shù)據(jù)，同時(shí)還要與同一分組云中的云成員通過(guò)短距離鏈路完成數(shù)據(jù)通信。第2層云中的成員首先需要完成與各自云頭間的數(shù)據(jù)分組傳輸，然后同一分組云中的各個(gè)云成員通過(guò)短距離鏈路互相協(xié)作傳輸，當(dāng)然也可以與其他分組云中的成員進(jìn)行短距離通信。

2)分組動(dòng)態(tài)移動(dòng)云則是由第1層的云頭與第2層中相應(yīng)的用戶組成。云頭的選擇以及分組動(dòng)態(tài)云的形成遵循一定的規(guī)則:各個(gè)分組云中的所有云成員與待選云頭通信時(shí)，整個(gè)分組云的通信總能量消耗一定是最小的;分組云內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，云成員與各自對(duì)應(yīng)的云頭間的通信能量消耗一定比與其他云頭的通信能量消耗都低。

3)為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)移動(dòng)云中高速數(shù)據(jù)的共享，可結(jié)合數(shù)據(jù)分組技術(shù)與協(xié)作傳輸技術(shù)。首先每個(gè)動(dòng)態(tài)移動(dòng)云內(nèi)的云頭負(fù)責(zé)給同一云內(nèi)的云成員傳輸分組數(shù)據(jù)，云中成員在接收到云頭的數(shù)據(jù)分組后，通過(guò)短距離鏈路交換缺失的數(shù)據(jù)分組。云成員在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)結(jié)合協(xié)作對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)協(xié)作傳輸降低能量消耗，提高能量效率。

實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)編碼［23］也可應(yīng)用于提出的分層異構(gòu)移動(dòng)云架構(gòu)中。云內(nèi)協(xié)作傳輸時(shí)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)吞吐量、能量效率等性能指標(biāo)。顯然，多個(gè)動(dòng)態(tài)移動(dòng)云間也可以結(jié)合協(xié)作傳輸與網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)完成數(shù)據(jù)傳輸。動(dòng)態(tài)移動(dòng)云內(nèi)進(jìn)行協(xié)作傳輸與網(wǎng)絡(luò)編碼后，如果云內(nèi)成員并未能完全接收到整個(gè)數(shù)據(jù)流，也可通過(guò)云間的協(xié)作傳輸與網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)缺失數(shù)據(jù)包的交換，因?yàn)楦鱾€(gè)動(dòng)態(tài)移動(dòng)云中的成員間是可以進(jìn)行短距離通信的。

綜上分析，提出的分層異構(gòu)移動(dòng)云接入架構(gòu)以可擴(kuò)展的分層異構(gòu)移動(dòng)云接入網(wǎng)架構(gòu)體系替代現(xiàn)有眾多分離研究的接入網(wǎng)架構(gòu)，可適應(yīng)不同業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的接入網(wǎng)架構(gòu)理論體系，從根本上突破傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接入能力瓶頸，為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸架構(gòu)設(shè)計(jì)和研究提供可靠的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

3 值得進(jìn)一步研究的若干問(wèn)題

本文針對(duì)當(dāng)前接入網(wǎng)架構(gòu)體系的不足，揭示當(dāng)前接入網(wǎng)架構(gòu)體系結(jié)構(gòu)與不同業(yè)務(wù)類型、無(wú)線場(chǎng)景的本質(zhì)特征和機(jī)制成因，提出了分層異構(gòu)移動(dòng)云接入網(wǎng)架構(gòu)體系，并在此基礎(chǔ)上，研究設(shè)計(jì)用戶移動(dòng)云形成的算法，算法設(shè)計(jì)首先分析研究移動(dòng)云形成的驅(qū)動(dòng)因素—能量效率，然后研究用戶加入/離開不同移動(dòng)云(即為動(dòng)態(tài)移動(dòng)云)的控制機(jī)制和云頭選擇算法?；谔岢龅姆謱赢悩?gòu)移動(dòng)云接入架構(gòu)，還有若干可以進(jìn)一步研究的方向如下。

1)在分層異構(gòu)移動(dòng)云中引入?yún)f(xié)作網(wǎng)絡(luò)編碼理論［24-25］。研究分層異構(gòu)接入網(wǎng)中不同無(wú)線信道場(chǎng)景、業(yè)務(wù)特性下網(wǎng)絡(luò)編碼的新特性，并在此基礎(chǔ)上形成多層接入的多源、多中繼轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)編碼理論，尤其是云內(nèi)用戶間的多用戶間協(xié)作網(wǎng)絡(luò)編碼，以及云間協(xié)作，其中，重點(diǎn)研究不同層可能存在的云層間協(xié)作網(wǎng)絡(luò)編碼方案。另外，由于網(wǎng)絡(luò)編碼與數(shù)據(jù)鏈路資源密切相關(guān)，并影響到能效和頻譜利用率，需要研究分層移動(dòng)云協(xié)作網(wǎng)絡(luò)編碼，從而豐富和擴(kuò)展協(xié)作網(wǎng)絡(luò)編碼理論。

2)基于新型接入網(wǎng)架構(gòu)的干擾協(xié)調(diào)和避免機(jī)制［26-27］。聯(lián)合分析空間信號(hào)與數(shù)據(jù)鏈路資源調(diào)度兩方面的問(wèn)題，研究干擾協(xié)調(diào)和避免，形成較為完備的新型接入網(wǎng)架構(gòu)的干擾協(xié)調(diào)和避免的理論機(jī)制。

3)多天線增強(qiáng)［28］的新型接入網(wǎng)控制理論。充分研究接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、不同信道場(chǎng)景下的多天線環(huán)境感知、自適應(yīng)動(dòng)態(tài)模式切換等特點(diǎn)，特別是多維多天線的空間輻射特性，研究多天線增強(qiáng)下的分層異構(gòu)移動(dòng)云接入網(wǎng)體系架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)及其控制理論，包括多天線在俯仰面和水平面的波束自適應(yīng)分割與控制算法，從而創(chuàng)立分層異構(gòu)移動(dòng)云接入網(wǎng)架構(gòu)理論體系。

4)視頻流的高速共享［29］?；谔岢龅姆謱赢悩?gòu)移動(dòng)云架構(gòu)，結(jié)合視頻傳輸?shù)南嚓P(guān)特性，分析研究分層異構(gòu)移動(dòng)云中視頻流共享，特別是非實(shí)時(shí)視頻流的共享。并在此基礎(chǔ)上建立高速可靠的視頻流共享體系。

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