移动互联网中继部署建模与算法研究

Mobile Internet becomes an emerging technology that delivers information and services from the Internet anytime and anywhere. The key challenge in Mobile Internet is how to deploy relay stations to enhance data rate with low cost. Existing solutions are limited to solve the problem only from the respective of the base station and relays, which ignores that subscribers are the data generation source. This project fully investigates the effect of subscribers and focuses on modeling and algorithm research on relay deployment in Mobile Internet, which includes: (1) Modeling on the distribution and movement prediction of subscribers. (2) Analysis and modeling on relay deployment based on subscribers’ information. (3) Algorithm design on fixed relay deployment to guarantee data rate with low cost. (4) Algorithm design on mobile relay deployment for load balancing. The research result of this project will provide theoretic support and practical reference to implement the Mobile Internet, which has important scientific significance and practical value in the informationization and intelligent construction of urbanization.

已有移动互联网中继部署研究往往从基站和中继的分布入手分析和设计算法，忽略了用户是中转数据的直接来源。用户的分布和移动应成为中继部署算法设计应首要考虑的问题。本项目对移动互联网的中继部署建模与算法进行研究，主要包括：（1）用户分布的描述方法及用户移动预测模型研究；(2) 基于用户分布/移动预测模型对中继部署问题进行分析及建模研究；（3）保证用户数据速率的固定中继优化部署算法研究；（4）考虑负载均衡的移动中继部署算法研究。本项目的研究将在保证移动互联网传输质量的同时，降低组网成本，为大规模移动互联网的实用化提供理论支持，为国家城镇化建设中的信息智能化提供技术指导，具有重要的科学意义和应用价值。

在无线移动互联网中，WiMAX作为宽带无线接入的新兴技术，使用大量中继来覆盖用户并中转信号，为用户提供随时随地高速接入互联网的服务，具有加强信号功率、减少信号衰减的作用，改善了用户所收到的信号质量。中继作为这些无线网络的基本组成部分，其部署方式决定了网络的服务质量。本项目旨在设计优化的中继部署方案，提高网络服务质量、降低网络构建成本。 在固定中继WiMAX网络中，当发送功率和信道数目一定时，用户接入链路的传输速率直接取决于用户到中继的距离。本项目研究如何部署较少中继，满足用户到中继距离的要求，从而保证用户的数据速率。通过将该其转化为最少团划分问题，基于用户邻居信息提出启发式算法MAXDCP，接着考虑用户地理位置信息，设计算法GEOCP。理论分析和模拟结果表明，相对于已有算法，算法MAXDCP和GEOCP的时间复杂度低，能使用更少中继保证用户的数据速率要求。在移动WiMAX网络中，用户在固定中继的覆盖区域之间移动，加重了沿途中继站的负载，影响信号中转质量。针对此问题，本项目提出最少移动中继部署问题MMRP，使用移动中继作为临时中继，对固定中继进行巡逻，减少固定中继在繁忙时期的负载。通过将MMRP转化为点不相交的最少路径覆盖问题，分别基于图的遍历、最大匹配和最大流思想设计算法。理论分析和模拟结果表明，所提出的算法具有低复杂度，能够以较少移动中继满足对固定中继巡逻的要求，有效缓解WiMAX网络中固定中继的负担。综上所述，本项目针对移动互联网中继的部署问题提出了相应的解决方案，对于推进无线网络的研究和实用化具有一定的理论意义和应用价值。