受控无线网络系统的协同设计研究

This program proposed a wireless network system embedded with the feedback controlled strategies, and established a closed-loop regulation mechanism of the network to achieve the overall control and optimization of wireless network systems. Based on this new controlled network architecture, the new methodologies and key technologies used in this project include these three ones: 1) For wireless network systems, we will research the new problems arose from the system when the feedback strategies were embedded in. Then we will take into account the overall influence of system and propose the schemes of system architecture and modeling in controlled wireless network. The network quality of service (NQoS), which could attain some ideal optimization solutions about the network performance, will be gave in our research. 2) For the problems of the controlled wireless network model and algorithm mismatch, joint design methodologies of control layer and communication layer in controlled wireless network system will be brought out. We will also propose new methodologies and algorithms to reduce or compensate the mismatch using joint design of communication and control, and give the joint design scheme of controlled wireless network. 3) Methodologies which mapping structure and condition of wireless network system into system policy space will be presented by us. In addition, we will construct unified frameworks about the sensitivity analysis of network performance, and propose methodologies based on feedback strategy to find the optimal performance of the network. Moreover, we will research the relationship between the Network system performance and performance potentials, then design a new learning and optimization methodology for the performance of controlled wireless network.

本项目提出在现有无线网络系统架构中嵌入反馈控制策略，建立网络的闭环调节机制，实现对无线网络的全局控制和优化。基于这种新型的受控网络架构，本项目拟研究的新方法及关键技术包括：1）针对无线网络，研究嵌入反馈策略后对系统设计带来的新问题，以及对系统的全局影响，提出受控无线网络的系统架构和建模方案，给出使网络性能达到某种最优解时满足期望的网络服务质量NQoS。2）针对受控无线网络的模型、算法失配问题，提出通过通信/控制联合设计减少或者补偿失配的新方法，给出受控无线网络控制层和通信层协同设计方案。3）提出映射无线网络系统结构和状态到系统策略空间的方法，构建网络系统性能灵敏度分析的统一框架，提出基于反馈策略寻找网络最优性能的方法，研究网络系统性能指标和性能势的关系，设计新的针对受控无线网络性能指标的学习和优化方法。

本项目按照研究计划书的要求，全面，按时，超额完成了合同中所规定的研究内容，达到并超过了合同中的预期指标要求。在核心期刊和国际会议上发表（包括录用）论文32篇，其中SCI检索10篇，EI检索26篇，期刊论文20篇，会议论文12篇。申请发明专利12项，获批发明专利5项，申请软件著作8项。形成了自主知识产权；在国内外学术界产生了重要的学术影响。培养博士生4名、硕士生26名（其中已授予博士学位2名，硕士学位11名）。按照项目计划全面实现课题研究目标：提出了基于软件定义网络的受控无线网络系统架构，将反馈控制策略嵌入无线网络系统并对异构无线网络中的资源管理进行优化；研究了网络控制器的无线通信网络最优控制策略优化；研究了5G网络中C/U分离、基于大规模MIMO技术的基站选择以及基于事件相关性和认知控制的无线网络系统能效优化等。提炼出了可形成具有自主知识产权的绿色无线通信网络的核心算法和专有技术与发明专利。本课题在以下几方面提出了具有创新性的研究成果：（1）研究受控无线通信网络架构模型。针对无线通信网络，基于软件定义网络和反馈控制策略等，提出受控无线网络的系统架构和建模方案，给出使网络性能达到某种最优解时满足期望的网络服务质量。（2）研究受控无线通信网络系统中的反馈控制策略。针对受控无线网络的模型、算法失配问题，提出基于分布式多控制器的最优控制策略设计方案，并针对当控制器状态不能完全可知的状态下，研究了基于卡尔曼滤波算法的多控制器最优状态估计等多种网络控制策略。（3）研究面向5G网络并基于反馈控制策略的网络性能优化方法。通过基于C/U分离、大规模MIMO等技术，对受控无线通信网络中的基站选择进行研究，并基于事件相关性和认知控制等策略，优化无线通信网络的系统能效性指标，设计出新的针对受控无线网络性能指标的学习和优化方法。