《周期性蜂窩機器通信調度關鍵技術研究》是依託東南大學，由張源擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：周期性蜂窩機器通信調度關鍵技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張源
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
已有的蜂窩機器通信方法都是基於分散式隨機競爭的，其無線資源利用效率低下。為了解決這個難題，我們提出了周期性蜂窩機器通信的概念。具體來說，我們辨識出大多數蜂窩機器通信其實是以周期性方式產生數據的。為了利用該周期性特徵，應該採用周期性接入方法，即機器用戶在蜂窩基站根據周期性規律調度預約的無線資源上傳輸數據，從而可以提高無線資源利用效率。在周期性接入方法中，關鍵在於其中的調度算法，即如何將具有不同周期與服務質量要求的海量蜂窩機器用戶的周期性數據儘可能緊湊地復接在一起。為此，本項目以場景為線索，將周期性蜂窩機器通信中的調度關鍵問題依次分解為基礎調度、容量分析、流量整形、魯棒性增強、干擾控制調度、干擾避免調度、跨層資源調度、多模式共存調度、模式切換、自適應調度等十個具體子問題，逐層推進開展研究工作，最終得到適用於實際蜂窩機器通信的完整調度方案，以實現蜂窩機器通信容量的根本性提高。
結題摘要
本項目圍繞蜂窩機器通信中的資源管理問題，針對基本場景、蜂窩直通場景、使用蜂窩未授權頻段接入場景、以及蜂窩邊緣雲計算場景，以保證機器用戶服務質量、高效利用無線資源為目標，全面開展相應的蜂窩機器通信資源分配與調度算法研究工作，提出適用於不同蜂窩機器通信場景的資源管理方案，並運行計算機仿真試驗對所提方案進行性能評估與分析驗證，完成了研究任務。本項目共發表論文22篇，其中SCI檢索論文7篇，EI檢索論文15篇，申請或授權中國發明專利7項。對本項目取得的重要結果簡介如下。首先，針對基本場景，提出了多業務橫向隔離的無線資源分配方案；提出了基於粒子群最佳化的和基於模擬退火的基站選址算法；提出了一種疊代進行的無線資源分配和基站部署的聯合最佳化算法以最佳化通信覆蓋範圍；與江蘇省電力公司南京供電公司合作開展智慧型電網無線專網試點套用工作，獲中國電力企業聯合會2016年度電力行業信息化優秀成果一等獎與2018年度中國電力科學技術進步獎三等獎。第二，針對蜂窩直通場景，研究了蜂窩直通的干擾圖構造問題，提出了一種干擾圖構造協定，包括公告和衝突解決兩個階段，並以疊代的方式執行。對該協定進行了理論分析，並研究了該協定與實際干涉圖的收斂性。第三，針對使用蜂窩未授權頻段接入場景，分別針對理想信道和飽和業務模型以及快速衰落信道和不飽和業務模型的條件下，為蜂窩非授權頻段接入與WiFi共存系統建立了二維離散馬爾科夫模型，理論推導了共存信道效率性能的解析表達式，並評估了網路規模、信道差錯、競爭窗長度及退避階大小對系統性能的影響。在該理論模型基礎上，提出了一種自適應蜂窩非授權頻段接入機制，提出了一種基於廣播能量圖案的蜂窩無授權頻譜接入內部協調及系統間衝突避免機制。第四，針對蜂窩邊緣雲計算場景，提出了基於粒子群搜尋、混合最早結束時間、部分關鍵路徑等思路的計算資源分配算法；提出了一種對蜂窩邊緣雲計算系統進行建立數學模型與理論分析延時性能的完整方法，包括建立延時圖、擁堵接入點或鏈路估計、以及延時圖最長路徑計算等步驟；提出了一種計算接入點信息表結構以及相應的蜂窩邊緣雲計算系統中的分散式計算資源選擇方法；提出了一種基於延遲李雅普諾夫函式的子載波、基站、發射功率和計算虛擬機資源的聯合調度算法。上述研究成果與所提算法將為解決蜂窩機器通信中的資源分配與調度問題起到重要作用。
