云架构接入网中面向多业务的计算与无线资源分配研究

With densely deployed distributed antennas and centralized signal processing units, cloud radio access networks (RAN) can greatly reduce the cost of network deployment. In addition, multi-antenna cooperation, interference cancelation techniques are easy to be implemented in such a network, which can effectively enhance the network capacity. Hence, cloud RAN is considered as one of the important candidates for the future network architecture. Currently, related researches mainly focus on the system design and the capacity analysis, while the influence of upper layer traffic features is not considered. In fact, the resource occupation between signaling and data varies among different traffics, and the traffic variation in time domain is significant, which results in insufficient resource utilization. This project will study the resource allocation problem in cloud RAN according to the traffic variation and dynamics in order to improve resource efficiency. The research includes: Firstly, we study the wireless resource allocation at access side, to satisfy the differentiated traffic requirements. Secondly, we establish the energy consumption model of computing resource at cloud side, and design computing resource scheduling algorithm to match the resource utilization with the traffic dynamics. Finally, we develop software defined radio platform to test the performance of proposed algorithms. The project can provide both theoretical and technical references for efficient resource allocation based on differentiated traffic requirements. The research is very important for the realization of cloud RAN architecture.

基于云架构的无线接入网络通过天线拉远密集部署、处理单元集中放置，能大幅度降低网络部署成本，并易于实现多天线合作、干扰消除等技术，从而有效提高网络容量，是未来网络架构演进的方向。目前，云架构无线接入网的相关研究主要局限于系统架构设计及容量性能分析，较少考虑上层业务特性。事实上，不同业务的信令与数据对资源的占用差异很大，时空上也呈现出动态性，对系统资源的管理和利用提出了更高要求。本项目针对业务的多样性和动态性，研究云架构无线接入网的资源分配问题，以提高系统资源利用率。主要研究内容包括：首先，在无线接入端研究无线资源的优化分配，以同时满足多类业务的接入需求；其次，建立云端计算资源能耗模型，研究基带处理的计算资源调度，实现计算资源与业务的动态适配；最后搭建软件无线电演示平台，验证算法性能。本项目的研究为基于多业务的高效资源分配提供了理论依据和技术参考，对云架构无线接入网络的实用化具有重要意义。

基于云架构的无线接入网络通过天线拉远密集部署、处理单元集中放置，能大幅度降低网络部署成本，易于实现节点间协作，从而有效提高网络容量和能量效率，是未来网络架构演进的方向。然而，由于业务的多样性和动态性，不同业务的计算和传输对资源的占用差异很大，对系统资源的管理和利用提出了更高要求。本项目研究云架构无线接入网的资源分配问题，以提高系统资源利用率。主要研究内容包括：..首先，研究了无线接入端业务感知的异构网络负载转移与基站休眠。在异构网络架构下，控制信道由宏基站提供，使微基站可根据负载强度动态休眠，实现资源优化配置。我们研究了给定业务量和服务质量要求的最优基站密度，提出了纯随机休眠和基于距离休眠算法，并优化了休眠算法的参数设计。仿真显示在网络负载较轻时，纯随机休眠能获得更好的性能；而在重负载情况下，应选择基于距离休眠算法。..其次，研究了虚拟基站池中计算资源与业务的动态适配算法。我们对分别计算资源和无线射频资源进行了统计建模，以反映两种资源对虚拟基站池的双重约束。利用这一模型，我们推导了系统的统计复用增益计算公式，以及随基站池规模的渐近关系。进一步考虑基站池与接入点间传输开销，提出了一种基于图模型的虚拟基站功能分割框架，并设计了一种遗传算法，实现了计算资源在系统中的优化分布和前传带宽的节省。..最后，用通用软件无线电设备搭建了云架构接入网演示平台，在平台上实现了控制信道与数据信道的分离。我们在演示平台上对基站休眠策略进行了测试，结果表明，联合优化计算资源和射频资源可获得显著的能效增益。..本项目针对业务的动态性和多样性，在云架构无线接入网体系下，联合优化基站池计算资源和接入端无线射频资源的分配，获得了明显的性能提升。本项目的研究为基于多业务的高效资源分配提供了理论依据和技术参考，对云架构无线接入网络的实用化具有重要意义。