双机制协同下基于用户体验的分层异构融合网络资源管理研究

The data traffic of wireless network experiences a nonlinear and exponential growth; various kinds of new mobile Internet services emerge constantly, both of the above two phenomena pose a great challenge to the capacity of wireless network.To improve the bearing capacity of wireless network, the multi-layer heterogeneous integrated network (MHIN) becomes the future tendency. Consisting of macro cell, small cell and WLAN, MHIN will be the typical scenario for the Quality of Experience（QoE）-oriented mobile communication network in the next generation. The project aims to investigate the QoE-based radio management theory for MHIN under the QoS (Quality of Service)-aware and contention-based cooperatively scheduling. The project mainly solves three main challenges confronted by MHIN :1)the serious unbalanced load caused by user requirement's non-uniform distribution in space domain and uncertainty in time domain;2) the low utilizing efficiency of resources resulted from the insufficient cooperation between cellular network and WLAN;3)the poor QoE due to the mismatch between network resources and data requirement. This project will output the fundamental networking theory of QoE-oriented MHIN. It is anticipated the research outcomes will provide theoretical basis and technical guidance for the design and optimization of heterogeneous wireless networks under complex coexistence environments, and practically, promote radio resource sharing, network collaboration, service creation and energy efficiency improvement across multiple wireless networks. In a word, this project will have a profound scientific influence on the research of future wireless network.

随着移动互联网的发展，飞速增长的无线数据流量和新业务不断挑战着无线网络的容量极限。为了提高无线网络的承载能力，蜂窝网络与无线局域网（WLAN）协同共存环境下宏小区、小小区和WLAN混合覆盖构成的分层异构融合网络将成为以用户体验为中心的下一代移动通信网络的典型场景。基于此场景，本项目将开展基于服务质量（QoS）保证和随机竞争的双机制协同下基于用户体验（QoE）的分层异构融合网络资源管理研究，从基础理论上突破。重点解决三个关键问题：1）用户信息需求密度在空域的不均匀性和时域的不确定性引起更严重的负载不均衡；2）蜂窝网络与WLAN协作不充分导致资源利用率低；3）资源与个性化的业务需求不匹配使得用户体验差。本项目将提出以用户体验为中心的分层异构融合网络组网的基本理论，这将为未来复杂多网环境下多制式网络协同融合组网的设计优化、资源共享和业务创新提供理论依据和支撑，具有重要的科学意义。

本项目针对蜂窝网络和WiFi异构共存协同组网面临的公平共存、异构协作不灵活、资源与个性化业务需求不匹配的关键难题，开展蜂窝网络和WiFI双机制协同下面向用户体验的分层异构融合网络资源管理研究工作。主要在异构动态多连接组网模型设计、公平共存无线接入、考虑业务QoS需求的有效容量分析及资源分配、异构协作组网能效优化等方面实现了突破。主要创新成果包括：①提出一种动态多连接聚合的新型组网模型，发明了无线接入复用控制层，使数据流可动态分离或聚合到不同制式网络，显著提升了组网的灵活性。②基于随机几何理论首次推导出不同协作传输方式下网络信干噪比的Meta分布，从可靠性角度分析保持业务一致性的能力。③基于排队论构建了四状态半马尔科夫过程模型，推导出保证业务QoS条件下LAA和LWA网络的有效容量闭式解；通过构建网络随机干扰模型推导出基于授权或非授权频段的超密集网络的闭式解析理论方法；该结论揭示了容量与带宽、基站密度和业务QoS之间的关系及尺度变化规律。④基于前述的理论分析，给出动态业务需求下异构网络资源最优分配策略以及能效组网优化方法，为实际网络的组网设计提供了理论依据。.项目组在IEEE JSAC、IEEE Comm. Mag.、IEEE Trans. on Comm.、IEEE Trans. on Wireless Comm.、IEEE Trans. on Vehicular Tech.等国际期刊及国际会议上已发表学术论文62篇，其中SCI检索期刊论文28篇 (中科院1区/2区期刊论文13篇)，可被EI检索的论文33篇；1篇获APCC国际会议的最佳论文奖。合作出版1部中文专著和1部英文专著的章节2章。申请技术发明专利8项，其中已获授权的专利3项。成果“密集多层混合无线网络组网技术”荣获北京市科学技术奖二等奖（项目负责人排名第二）。培养合格博士5名，硕士15名，3人荣获北京邮电大学优秀硕士论文，8人次获国家奖学金；2名讲师晋升为副教授。项目组成员多次赴欧美地区、澳大利亚、新加坡等地参加IEEE ICC、Globecom、PIMRC和WCNC等国际学术会议开展学术交流共计32人次。邀请国外知名专家学者来华访问交流22人次。项目组作为核心力量参与主办IEEE/CIC ICCC 2018、APCC 2018和WPMC 2016国际会议三次。项目组已超额完成项目任务书预期计划的考核指标。