基于业务和用户认知的蜂窝无线网络能效优化与资源配置技术研究

The performance of current wireless cellular networks are constrained severely by the exponentially increased traffics and variance of user behaviors, which results that the transmission capacity and network energy-efficiency (EE) can not be improved fundamentally. This project, which aims at the basic problems during the development of wireless cellular networks, will present and study the theory and architecture of traffic and user cognition based network energy-efficiency optimization and radio resource allocation. Introducing the traffic fluctuations and user patterns into the optimization problem of energy-efficiency analysis, this project will study the cognition and adaptation problems. Meanwhile this project will study the traffic and user cognition model based on the real data collected from current cellular networks operated in China. Then based on the model, the network energy-efficiency will be optimized and resource allocation methods will be studied through the simulation platform. This project will seek the possible solutions of greatly improving the network energy-efficiency and contribute to publications and standards.

当前蜂窝无线系统受到网络业务指数增长和用户行为模式差异性的严重制约，导致蜂窝网络传输容量以及网络能量效率难以得到根本性提高。本课题针对蜂窝网络发展中的根本问题，探索提出基于业务和用户认知的网络能效优化与资源配置理论及体系框架，将业务动态特征和用户行为规律引入蜂窝网络能效优化中以解决复杂网络环境的认知性问题和多域认知信息与网络资源的适配性问题；在此基础上利用实际蜂窝网络采集的业务数据进行深入挖掘分析，建立参数化的业务和用户认知模型，进而研究蜂窝无线网络能效理论；同时基于业务和用户认知模型开展能效优先的多域认知信息与网络资源适配机制与方法研究，最后形成蜂窝无线网络能效优化与资源配置仿真验证平台，研究并突破从业务和用户角度可使蜂窝通信系统的能量效率大幅度提高的理论与技术，实现相关核心技术创新，力争接近或超过国际先进水平，构建能效与资源优化的大容量移动通信系统。

蜂窝网络受到网络业务指数增长和用户行为模式差异性的严重制约，导致蜂窝网络传输容量以及网络能量效率、频谱效率难以得到根本性提高。本课题针对蜂窝网络发展中的根本问题，探索提出基于业务和用户认知的网络能效优化与资源配置理论及体系框架，将业务动态特征和用户行为模型引入蜂窝网络能效优化中以解决复杂蜂窝网络环境的“认知性”问题和多域认知信息与网络资源的“适配性”问题。首先，采集得到了较大规模（约8TB）的蜂窝网络实际业务数据，并搭建了大数据处理平台进行挖掘分析；其次，基于对实际数据的分析，建立了描述蜂窝网络非均匀用户和业务分布特征的用户社会属性模型，较好的反映了用户和业务在时域、空域等的非均匀分布规律，并基于此模型针对异构分层网络进行了研究，结果表明利用该模型能较大幅度提升蜂窝分层网络的能效和谱效。然后，针对蜂窝无线网络空时业务非均匀分布特征，提出了一种基于宏蜂窝辅助的极简数据载波网络架构，有效的将控制信令与业务信令分离，提升蜂窝系统的能效和谱效。最后，搭建了基于OPNET的系统级仿真平台进行仿真评估和技术验证。依托本课题，共申请国内发明专利4项，向CCSA标准化组织提交标准提案3项；发表期刊论文14篇，会议论文10篇，其中SCI检索12篇，IEEE期刊论文9篇。获得2次国际学术会议最佳论文奖，相关成果已经在运营商和通信企业中得到应用。依托本课题，在国际高水平期刊上组织了两次专刊（IEEE Wireless Communications, IEEE Access）。组织国内外本领域专家学者在深圳、北京等地召开了2次关于绿色通信、能效优化的专题研讨会。培养了博士生2名，硕士生6名。