分层异构网络面向视频流的绿色节能通信研究

The application of new services in mobile network, especially the video streaming, makes the network traffic explosive growth. In order to face the challenge brought by the traffic growth, the tiered heterogeneous network has been proposed, which can greatly enhance system capacity to meet the requirements of traffic growth. In heterogeneous networks, one of the most important issue is to solve the problem of green communication for video streaming. By studying green communications for video streaming in heterogeneous networks, optimizing the transmission efficiency of video streaming in the network, it not only can guarantee the transmission quality of the video streaming to enhance the users’ quality of experience, but also can reduce the network Operating Expense (OPEX) due to energy consumption caused by video streaming transmission, which has the significant value of theoretical study and widely application prospects. In this project, we aim to consider two network architectures with and without caching in base stations in heterogeneous network, respectively. Then from a single cell optimization perspective and the whole network optimization perspective, the problem of energy efficient adaptive video streaming transmission, energy efficient resource allocation and scheduling, and energy efficient caching and scheduling are studied to realize the green communication for video streaming.

以视频流为典型代表的新兴业务在移动网络中的应用促使了网络流量呈现爆发式增长。为了应对流量增长带来的挑战，业界提出了分层异构网络的解决方案，以提升系统容量，从而满足数据增长的容量需求。在分层异构网络中，面向视频流的绿色节能通信是需要研究的核心问题之一。通过在分层异构网络中研究面向视频流的绿色节能通信，优化视频流在网络中的传输效率，不仅可以保证视频流的传输质量，提升用户服务质量体验，而且可以降低因视频流传输造成的能源消耗而带来的网络运营成本，具有重要的理论意义和应用前景。本课题拟分别考虑分层异构网络基站未部署缓存与部署缓存两种网络架构场景，分别从单个小区优化与全网协作优化角度开展基于视频流的能量高效自适应传输、能量高效资源分配与调度，以及面向视频流的能量高效缓存与调度等研究，从而达到实现分层异构网络面向视频流的绿色节能通信的目的。

分层异构网络作为未来移动网络的关键技术之一，可极大提高移动网络资源利用效率与网络容量，其需要研究的核心问题之一是绿色节能通信问题，尤其是面向视频流的绿色节能通信。. 本课题分别考虑分层异构网络基站未部署缓存以及在基站中引入缓存两种网络架构场景，依据视频流的固有特征与性能要求，以视频流在分层异构网络中传输为切入点，分别从单个小区优化与全网协作优化角度开展面向视频流的绿色节能通信研究。. 在分层异构网络基站未部署缓存场景下，针对异构网络中的视频流传输问题，本课题首先提出了一种基于用户关联和速率分配的联合优化方案，以最大化系统效用的同时满足用户的体验质量。其次，本课题设计了一种兼容现有移动网络架构的内容分发网络架构，以提高内容分发效率。最后，本课题对内容分发与网络协同展开了研究，以进一步提高网络资源利用率。. 在分层异构网络基站引入缓存场景中，本课题首先综合考虑编码缓存、协作缓存和能源效率三个因素，提出了一种面向异构小区网络的节能协同编码缓存方案。其次，本课题提出了一种层级式的协作缓存架构，以降低网络中内容传输时延。最后，本课题提出了一种通过软件定义模式管理通信、缓存和计算的绿色异构无线网络架构，从而能进一步优化无线网络性能。. 以上成果对于分层异构网络的进一步研究和面向视频流的绿色节能通信都具有重要的理论和应用价值。除分层异构网络以外，云网络、超密集组网等研究方向都在探讨绿色节能通信的思想，因此面向视频流的绿色节能通信问题的研究也对上述项目具有普适意义。. 该项目从2016年1月执行到2018年12月，在国内外重要期刊和学术会议上发表论文累计32 篇，其中SCI 检索16 篇，EI 检索11篇（含14篇EI、SCI同时检索）；出版专著1部；申请11 项国家发明专利，其中已授权1个；协助培养博士生7 名，硕士生5 名，其中协助指导的1名博士生获北京邮电大学优秀博士学位论文奖，3名博士生获国家公派联合培养博士生，2名博士与1名硕士分别获国家奖学金。