下一代移动接入网络中数据分流服务的资源优化管理关键技术研究

With a rapid growth of traffic demand in mobile access networks, it has become imperative for mobile-network operators to upgrade their networks for meeting the ever growing traffic demand in an efficient yet economic manner. Exploiting the delay tolerance of data traffic, ad-hoc access networks (e.g., WiFi and Femtocell) could potentially use their underutilized radio resources (in spatial and time domain) for providing traffic offloading for mobile access networks, which not only gains the ad-hoc access networks additional benefits as well as helps relieve the traffic congestion in mobile access networks. This research proposal aims at investigating the resource management schemes for mobile data offloading in the next generation wireless access networks. Specifically, taking into account the special characteristics of traffic offloading, we plan to propose a theoretic framework and design methodologies for optimizing radio resource managements in mobile data offloading. To this end, we will exploit the theories of networks coordination and network economics and propose the cooperative power control, dynamic yet elastic offloading scheduling and revenue sharing scheme between mobile networks and ad-hoc access networks, by taking into account the network dynamics (e.g., the dynamic capabilities of ad-hoc access networks for providing traffic offloading, and the dynamics of users’ traffic demands). The ultimate goal is to realize the win-win cooperation between the mobile networks and the ad-hoc access networks in the traffic offloading and an efficient utilization of the radio resources in wireless access networks.

蜂窝接入网络中的数据流量需求正在以爆炸式速度增长，如何以高效快速且低成本的方式满足数据流量需求是下一代无线接入网络亟待解决的关键问题。针对数据流量的延迟容忍特性，WiFi等自主接入网络利用其时空域内传输资源在合适条件下以有偿方式为蜂窝网络提供数据分流承载服务，已被学术与工业界公认为是一种有效且可行的解决方案。本项目旨在针对数据分流服务特性、为接入网络数据分流过程中的无线资源管理建立一套系统的优化设计方法。该套优化方法以多网络协同无线资源管理和分流服务的网络经济学理论模型为支撑，综合考虑分流网络的时空状态、分流数据服务质量特征等多方面因素，通过设计分流过程中各网络无线接口处的接入选择与功率控制、动态弹性数据分流调度、以及蜂窝网络与自主接入网络之间公平的效益分享等方法，从而实现蜂窝网络与自主接入网络间在分流服务过程中的资源管理协作和效益共赢。项目成功实施将大力推动接入网络中分流服务的真正实现。

利用异构小蜂窝网络对无线接入网络数据提供分流承载服务被认为是一种有效解决无线网络数据流量激增的可行方案。本项目针对数据分流服务特性、为接入网络数据分流过程中的无线资源管理建立了一套系统的优化方法。该方法综合考虑分流网络的时空状态、分流数据服务质量特征等多方面因素，通过设计分流过程中各网络无线接口处的接入选择与功率控制、动态数据分流调度、以及网络间效益分享，从而实现不同网络间在分流服务过程中的资源管理协作和效益共赢。同时，针对无线数据分流的能量供给与能效优化需求，课题组提出基于可再生能源采集的绿色节能数据分流优化方案，在满足数据分流服务质量需求前提下实现数据分流网络整体能效优化。此外，针对无线传输信息窃听问题，本项目从传输安全角度提出面向数据信息安全保护的无线数据分流资源优化管理方案，该方案在同时满足数据安全要求和无线网络资源约束下，实现无线数据分流整体效率优化。在完成本项目计划任务基础上，课题组发掘无线网络数据分流与边缘计算系统中计算任务迁移的相关特性，研究无线网络计算迁移与无线资源优化管理方案。本项目的研究成果为下一代无线网络数据分流服务提供重要了理论支持和方法保障。本项目充分完成了预期计划研究成果并取得预定研究成果。课题组已经全部并且超额完成了本项目预期目标。课题组完成发表SCI索引期刊论文23篇（其中包括CCF推荐A类期刊7篇）、EI索引期刊论文2篇、学术专著1部、EI索引国际会议论文15篇。研究成果获得IEEE ICC2016以及WCSP2016大会最佳论文奖，以及IEEE TCGCC2017年度最佳论文奖。课题组已完成培养硕士研究生12人次，其中8人次获得研究生国家奖学金、4人次获得浙江省优秀毕业研究生荣誉称号、1人次获得校级学术先锋荣誉、3人次获得学院学术先锋荣誉称号。项目负责人被校研究生评选为2017年研究生“我心目中的好导师”荣誉。经过本项目培养，本项目负责人入选2017年浙江省自然科学基金杰出青年基金项目资助。