延迟容忍网络容量优化方法研究

延迟容忍网络(Delay-Tolerant Network)是指以承载非实时业务为主，面向消息传递且具有高网络吞吐量的网络。本课题以空间通信、灾害应急通信等为应用背景，深入研究延迟容忍网络的信息容量极限，力争达到给定延迟容忍条件下的链路传输容量及网络容量；同时研究基于业务特性与用户需求的系统资源优化配置理论，从而利用有限的资源实现网络容量的最优化。以此为理论基础，本课题将研究延迟容忍网络中的跨层优化技术方法，实现自底至顶各层整体最优的资源配置；同时还将针对网络架构展开研究，提出不同场景下低开销、低复杂度与高效能的延迟容忍网络拓扑的设计方法。通过对延迟容忍网络从理论基础到关键技术方法的深入研究，本课题将为我国空间通信、灾害应急通信等领域提供理论依据和技术支撑。

延迟容忍网络是指以承载非实时业务为主，面向消息传递且具有高网络吞吐量的网络。本课题深入研究延迟容忍网络的信息容量极限，力争达到给定延迟容忍条件下的链路传输容量及网络容量；同时研究基于业务特性与用户需求的系统资源优化配置理论，从而利用有限的资源实现网络容量的最优化。以此为理论基础，本课题将研究延迟容忍网络中的跨层优化技术方法，实现自底至顶各层整体最优的资源配置；同时还将针对网络架构展开研究，提出不同场景下低开销、低复杂度与高效能的延迟容忍网络拓扑的设计方法。 .首先，针对现有网络缺乏对业务的延迟容忍能力的问题，研究基于蜂窝系统演进的延迟容忍网络体系架构。通过增加延迟容忍服务器，结合业务请求与资源信息，对二者进行优化匹配。该架构将支持延迟容忍调度与动态资源分配，增大网络承受延迟的能力，提高对不同延迟容忍度业务请求的服务能力，进而有效提升资源使用效率；在此基础上，提出了时间标签业务的构造与通信方法，提供了延迟容忍网络服务实际业务的具体方法、实现结构与流程。.其次，依托该架构研究基于“资源/时间池”的联合业务调度与资源分配算法，提升频谱利用率。通过“零散请求，集中处理”模式，将一段时间内的资源形成时间池，并分析业务特性以确定时间池大小；然后在时间池内进行集中调度与资源分配，在更大范围内实现资源、业务与信道的最优匹配；针对最优求解复杂度指数增长的问题，提出线性复杂度的迭代调度与功率注水算法。仿真结果表明，与常用调度算法相比，延迟容忍调度可实现60%的频谱利用率提升。.第三，针对现有系统缺乏功率调整机制的问题，研究传输功率动态调整方法。提出基于延迟容忍度及业务负载的动态传输功率优化策略。基于基站功能演进，引入功率调整因子表征传输功率降低的程度；提取业务特性参数，利用排队论求解实际服务延迟小于延迟容忍度的问题，得出传输功率。仿真表明，所提方法可有效降低30%的传输功率。.最后，针对传统网络对业务特性分析利用不足，从而导致资源利用率较低的问题，基于上述架构，设计延迟容忍网络逻辑架构与服务模式配置方法。其中，充分挖掘业务时间、空间与相似特性，通过对链路、网络与终端的配置，引入短距离通信、“携带-存储-转发”与聚合广播服务模式，并采用优化的资源分配，最终满足用户需求。仿真结果表明，引入逻辑架构与服务模式配置后，系统的频谱利用率相比传统蜂窝结构可以提升80%。