5G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的無線接入與資源優(yōu)化

楊釗

摘要：進(jìn)入二十一紀(jì)后，我國的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展迅速，人們對移動流量的需求日益增長，以導(dǎo)致對移動移動通信網(wǎng)絡(luò)的急需。很多人認(rèn)為，移動通訊網(wǎng)絡(luò)所面臨的最為重要的挑戰(zhàn)之一是移動運(yùn)營支付的巨大的能源費(fèi)用。雖然到現(xiàn)在為止大部分研究把重點(diǎn)放在了單個的物理層功率的優(yōu)化方面，但是怎樣能做到保證用戶使用質(zhì)量的同時(shí)，又能保證第五代移動通信系統(tǒng)綠色指標(biāo)呢？至今為止，第五代移動通信系統(tǒng)的無線接入的網(wǎng)絡(luò)基本框架已確定下來了，異構(gòu)云接入網(wǎng)絡(luò)成為物理實(shí)現(xiàn)框架之一。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)云接入網(wǎng)絡(luò) 能量效率 用戶體驗(yàn) 資源分配管理

過去的三十年中，蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了翻天覆地的改變，靈活性不斷增強(qiáng)，數(shù)據(jù)流量的質(zhì)量不斷提高，移動通訊網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用。多年前的第一代模擬通信系統(tǒng)以提供語音服務(wù)為主要功能。上世紀(jì)九十年代出現(xiàn)的第二代系統(tǒng)為使用者提供了廣泛且全面的覆蓋的完整的鏈接。但它的數(shù)據(jù)吐量還處于一個相對交低的水平，這個時(shí)候主要以短信服務(wù)為主。到了二十一世紀(jì)的第一個十年期間，由于用戶對于系統(tǒng)容量要求不斷增長，第三代和第四代通信系統(tǒng)得研究工作迅速發(fā)展，水平也顯著提高。

1 5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建能源效率

到目前，為了提升移動通信系統(tǒng)的能量效率，現(xiàn)在的研究工作主要從以下兩個方面人手：能效網(wǎng)絡(luò)資源管理方法和網(wǎng)絡(luò)能耗節(jié)約的技術(shù)改造。本文做了以下研究：（1）在異構(gòu)云接入網(wǎng)絡(luò)框架下的時(shí)候引入新用戶的業(yè)務(wù)速率，爭取設(shè)高效分配的方法。（2）在異構(gòu)云接入網(wǎng)絡(luò)框架下引入新用戶的業(yè)務(wù)卸載，設(shè)計(jì)能量消耗的合理略算法。

2 5G無線網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)云接入

首先要闡明第五代移動通信系統(tǒng)無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及異構(gòu)云接人框架這一最近研究熱點(diǎn)。然后，說明異構(gòu)云當(dāng)下接入網(wǎng)絡(luò)框架考慮到用戶到達(dá)業(yè)務(wù)速率的能源高效性的問題。模擬在該網(wǎng)絡(luò)下整個網(wǎng)絡(luò)的功耗，再考慮用戶業(yè)務(wù)達(dá)到該速率時(shí)，平均能效最大的問題。最后將問題轉(zhuǎn)化成分?jǐn)?shù)規(guī)劃，范數(shù)近似等問題。利用拉格朗日對偶分解迭代對其求解，以達(dá)到提高系統(tǒng)平均能效的目的。另外還說明了用戶在異構(gòu)云接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)任務(wù)卸載耗能減少的問題，基于這個問題本文提到了很多解決方法不同于解決異構(gòu)云接入網(wǎng)絡(luò)能耗問題，在說明這個問題時(shí)，非常具有創(chuàng)新性的考慮到了在云端可能存在多個服務(wù)器的情況，由此設(shè)計(jì)優(yōu)化用戶服務(wù)器關(guān)聯(lián)矩陣，上行波束變成矩陣等解決方案。文章最后時(shí)對本文的總結(jié)和對工作的總結(jié)異構(gòu)云接入網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)工作提出了建議。

從2010年至今，這方面的發(fā)展更加的迅速，還是得力于用戶對于通訊服務(wù)的要求和對數(shù)據(jù)流量更為嚴(yán)苛的要求。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大約到2020年，僅僅由視頻業(yè)務(wù)所引起的移動數(shù)據(jù)就很有可能超過500艾字節(jié)。所以只有第五代移動通信系統(tǒng)來臨才能解決人們的需求問題，這也就是最簡單的，供與求的關(guān)系。目前看來，只有第五代通信網(wǎng)絡(luò)才能支撐起未來強(qiáng)大的無線終端業(yè)務(wù)。第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)只有部署更多的無線接入點(diǎn)，才可以有效的提升系統(tǒng)的性能，以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，提升體驗(yàn)感。另一個方面，滿足人類強(qiáng)大的需求，與之相隨的能耗問題也必然會越來越明顯，會對經(jīng)濟(jì)和環(huán)境都造成極大地負(fù)面影響。當(dāng)然如果不及時(shí)制止，任由其發(fā)展，人均溫室氣體排放量將有十年前的一百千克變成一百三十千克，由此看來，能耗也是一個急需解決的大麻煩。

3.1

SG新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的資源優(yōu)化

目前來看'咨源優(yōu)化問題對5G新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的重要性首當(dāng)其沖，為了優(yōu)化資源研究人員研發(fā)了HCRAN s的基礎(chǔ)架框，這個框架的研發(fā)幫助了云端能夠存在多個系統(tǒng)，來解決系統(tǒng)用戶接入與資源的分配問題，特別是在計(jì)算機(jī)異構(gòu)的場景下的服務(wù)器中。第一網(wǎng)絡(luò)模式的框架建立了用戶延時(shí)性模塊，基于這個理念，在傳輸和計(jì)算時(shí)延的問題上，相關(guān)人員建立了精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)建模表達(dá)公式。第二，基于用戶的體驗(yàn)的效果方面，利用了函數(shù)的形式進(jìn)行一些特殊問題的計(jì)算，定義了在數(shù)量數(shù)據(jù)的用戶效果的體驗(yàn)公式。

對于該非凸的優(yōu)化問題，通過將用戶與服務(wù)器關(guān)聯(lián)指示矩陣放縮到連續(xù)域.本文爭證明了原優(yōu)化問題進(jìn)關(guān)于用戶關(guān)聯(lián)矩陣和特征數(shù)裾缺矩陣的凸叫題.坫于此，本牽利用塊坐標(biāo)下降法，將原優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為交衿的求解兩個子優(yōu)化問題，仿良結(jié)果表明，相比于其他算法，本孕所提的算法在各個場景叫戶體驗(yàn)和時(shí)延的綜合性能。

3.2 無線網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化

在無線網(wǎng)絡(luò)資源的方面虛擬化的過程中，為確定無線的網(wǎng)絡(luò)接入平臺資源的目的，和實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)資源的分層無線的資源下，其重要的方式之一是，運(yùn)用靈活性較強(qiáng)的共享方案，或者說是具有傳輸資源的分層無線綜合管理，以此來將不同的應(yīng)用場景，或者說是不同的環(huán)境下的，虛擬性較強(qiáng)的無線功能加入到網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)差異性的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)程序的運(yùn)行，進(jìn)而大大加強(qiáng)了業(yè)務(wù)中的部署管理的準(zhǔn)確性，提高了利用率，特別是在無線網(wǎng)絡(luò)資源利用的方面。

4 無線網(wǎng)格與動態(tài)自組網(wǎng)絡(luò)

在現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，無線網(wǎng)絡(luò)與動態(tài)的自組網(wǎng)絡(luò)，是在5G網(wǎng)絡(luò)中必不可少的重要組成部分。簡單來講，無線網(wǎng)格的定義無外乎是無線的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格路由器，在這個無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格的路由器系統(tǒng)中，起著關(guān)鍵作用的網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)狀的路由器，這個網(wǎng)狀的路由器還負(fù)責(zé)與有線的因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相連，并在有線的因特網(wǎng)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)與無線的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格二者中，起著轉(zhuǎn)化器的原理，實(shí)現(xiàn)用戶在二者中相互跳轉(zhuǎn)的重要實(shí)用性功能[5]。另一方面，動態(tài)自組網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)了原有的網(wǎng)格所未具有的靈活性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格組成，在無線的網(wǎng)狀網(wǎng)格中，僅僅需要將二者的載體連接電源，無線的網(wǎng)狀網(wǎng)格便會自動化的實(shí)現(xiàn)搜尋附近的可連接的電子設(shè)備，這大大的便利了用戶在實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備間的鏈接問題。

5 后續(xù)工作展望

現(xiàn)階段的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷提升，但用戶的需求也在隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工作的需要，生活中的便利的影響，對無限資源的效率方面，要求的更加嚴(yán)格，所以說無線網(wǎng)絡(luò)資源管理的相關(guān)部門，目前的主要任務(wù)仍然是加快無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性，促進(jìn)無線網(wǎng)絡(luò)的上網(wǎng)速率。因此5G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提出與發(fā)展，是當(dāng)前時(shí)代發(fā)展潮流的大方向，是符合當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的重要基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)更快更好的將5G無線網(wǎng)絡(luò)接人互聯(lián)網(wǎng)，相關(guān)部門必須在關(guān)鍵性的指標(biāo)系統(tǒng)和可持續(xù)的湞進(jìn)方面，更好的將人才投入進(jìn)去，只有這樣，SG無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)才能更加成熟。另一個方面，未來的主要主流構(gòu)架之一的HCRANs以其‘活的組N方式以及與CU/DU架構(gòu)的兼界性業(yè)務(wù)方面必須投入大量的時(shí)間和精力，相關(guān)部門一定要將戰(zhàn)略性目光放在更加高效和高收益的方面。

6 總結(jié)

5G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的無線接人與資源優(yōu)化，這兩個戰(zhàn)略性發(fā)展的目標(biāo)是符合當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的主潮流，是基于當(dāng)今時(shí)代社會經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)化迅速普及的這一前期的實(shí)用性，可持續(xù)發(fā)展的方法。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的逐步投入，在某些仍然未被實(shí)時(shí)的理論或理念會在5G無線網(wǎng)絡(luò)的促進(jìn)下，漸漸變成現(xiàn)實(shí)，例如車聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)，無人超市，無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)，智能超市等等。不僅如此，在5G無線網(wǎng)絡(luò)不斷的創(chuàng)新，不斷的發(fā)展，必將會在其他領(lǐng)域，產(chǎn)生或多或少的影響，例如在醫(yī)療的領(lǐng)域，工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，在網(wǎng)絡(luò)安全的層次，都能產(chǎn)生促進(jìn)性的效果。

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