延遲容忍網路容量最佳化方法研究

《延遲容忍網路容量最佳化方法研究》是依託清華大學，由陸建華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：延遲容忍網路容量最佳化方法研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：陸建華
• 項目類別：面上項目

項目摘要

延遲容忍網路(Delay-Tolerant Network)是指以承載非實時業務為主，面向訊息傳遞且具有高網路吞吐量的網路。本課題以空間通信、災害應急通信等為套用背景，深入研究延遲容忍網路的信息容量極限，力爭達到給定延遲容忍條件下的鏈路傳輸容量及網路容量；同時研究基於業務特性與用戶需求的系統資源最佳化配置理論，從而利用有限的資源實現網路容量的最最佳化。以此為理論基礎，本課題將研究延遲容忍網路中的跨層最佳化技術方法，實現自底至頂各層整體最優的資源配置；同時還將針對網路架構展開研究，提出不同場景下低開銷、低複雜度與高效能的延遲容忍網路拓撲的設計方法。通過對延遲容忍網路從理論基礎到關鍵技術方法的深入研究，本課題將為我國空間通信、災害應急通信等領域提供理論依據和技術支撐。

結題摘要

延遲容忍網路是指以承載非實時業務為主，面向訊息傳遞且具有高網路吞吐量的網路。本課題深入研究延遲容忍網路的信息容量極限，力爭達到給定延遲容忍條件下的鏈路傳輸容量及網路容量；同時研究基於業務特性與用戶需求的系統資源最佳化配置理論，從而利用有限的資源實現網路容量的最最佳化。以此為理論基礎，本課題將研究延遲容忍網路中的跨層最佳化技術方法，實現自底至頂各層整體最優的資源配置；同時還將針對網路架構展開研究，提出不同場景下低開銷、低複雜度與高效能的延遲容忍網路拓撲的設計方法。 首先，針對現有網路缺乏對業務的延遲容忍能力的問題，研究基於蜂窩系統演進的延遲容忍網路體系架構。通過增加延遲容忍伺服器，結合業務請求與資源信息，對二者進行最佳化匹配。該架構將支持延遲容忍調度與動態資源分配，增大網路承受延遲的能力，提高對不同延遲容忍度業務請求的服務能力，進而有效提升資源使用效率；在此基礎上，提出了時間標籤業務的構造與通信方法，提供了延遲容忍網路服務實際業務的具體方法、實現結構與流程。 其次，依託該架構研究基於“資源/時間池”的聯合業務調度與資源分配算法，提升頻譜利用率。通過“零散請求，集中處理”模式，將一段時間內的資源形成時間池，並分析業務特性以確定時間池大小；然後在時間池內進行集中調度與資源分配，在更大範圍內實現資源、業務與信道的最優匹配；針對最優求解複雜度指數增長的問題，提出線性複雜度的疊代調度與功率注水算法。仿真結果表明，與常用調度算法相比，延遲容忍調度可實現60%的頻譜利用率提升。 第三，針對現有系統缺乏功率調整機制的問題，研究傳輸功率動態調整方法。提出基於延遲容忍度及業務負載的動態傳輸功率最佳化策略。基於基站功能演進，引入功率調整因子表征傳輸功率降低的程度；提取業務特性參數，利用排隊論求解實際服務延遲小於延遲容忍度的問題，得出傳輸功率。仿真表明，所提方法可有效降低30%的傳輸功率。 最後，針對傳統網路對業務特性分析利用不足，從而導致資源利用率較低的問題，基於上述架構，設計延遲容忍網路邏輯架構與服務模式配置方法。其中，充分挖掘業務時間、空間與相似特性，通過對鏈路、網路與終端的配置，引入短距離通信、“攜帶-存儲-轉發”與聚合廣播服務模式，並採用最佳化的資源分配，最終滿足用戶需求。仿真結果表明，引入邏輯架構與服務模式配置後，系統的頻譜利用率相比傳統蜂窩結構可以提升80%。