能效驱动的分布式光载无线网络MAC层接入控制技术研究

RoF-DAS (Radio-over-Fiber based Distributed Antenna System) network integrates radio and optical fiber technologies to exploit their best features on high bandwidth transmission and flexible access, and provides efficient and effective network services. Low energy-cost with reasonable disposition and resource sharing is one of the most challenging topics faced by RoF-DAS MAC (Media Access Control) technology. Though there are many researches on evaluating and optimizing related performance metrics of QoS, there is little technique about quantitative analysis of energy-efficiency and the relationship between energy-efficiency and QoS of the system. So this project will research on the energy-efficiency analysis and optimization MAC protocol design for RoF-DAS..Our works are given in: 1) The definition and the cause of energy efficiency are analyzed from the perspective of the whole process of system access. 2) Based on the queuing theory, the mathematical model of the access system is established to quantitatively analyze relationship between energy efficiency and delay. 3) Efficient MAC mechanisms are designed to meet the needs of business diversity services in energy efficiency. 4) Build the RoF-DAS network simulation environment to provide a protocol testing platform.

RoF-DAS(Radio-over-Fiber based Distributed Antenna System)因融合了光纤高带宽传输和无线网络灵活接入的优势而备受关注。如何在保障网络接入效率的前提下降低系统能耗是RoF-DAS网络接入控制领域面临的重要挑战。目前，RoF-DAS MAC接入技术的研究集中在性能指标的评估及优化，针对能效的定量分析理论研究和高能效接入策略的设计研究相对较少。本项目立足于高能效RoF-DAS系统MAC协议研究，围绕RoF-DAS MAC能效分析理论及高能效MAC协议设计展开。主要研究内容包括：1）从系统接入过程的整体角度进行能效定义及成因分析；2)利用排队论相关知识建立接入系统数学模型，对能效与时延等指标之间的关系进行定量分析；3）设计在能效优先条件下，满足业务多样性需求的高效MAC协议；4）搭建RoF-DAS网络仿真环境，提供协议测试平台。

项目以IEEE 802.11 PCF工作模式下的RoF-DAS 媒体接入技术为研究对象，围绕RoF-DAS MAC能效分析理论和绿色低功耗MAC协议设计，从能效定义及成因分析、接入能效与关键影响因素间的定量关系分析、具有业务多化适应性的高能效MAC协议设计几方面开展研究。具体包括：（1）从系统整体考虑，完成RoF-DAS架构下无线接入能效定义、接入能效成因分析，确定能效关键影响因素；（2）构建并分析媒体接入系统数学模型，完成能效关键影响因素与系统能效之间的定量关系描述和解析；（3）基于理论分析结果设计能效优先、满足业务多样性需求的适度服务接入策略及资源分配算法。 . 针对接入能效定义及成因分析，提出平均周期能效分析模型，从全接入过程定义接入能效，分析了信道质量、通信模式、休眠周期等环境因素及控制策略对能效的影响。构建差错重传机制、IoT休眠机制、双向通信等网络场景下网络媒体接入控制系统数学模型；通过对系统状态变量的概率母函数一阶和二阶特性方程组求解，推导重传次数、重传概率、休眠周期等关键因素与系统时延、吞吐量、能效之间的定量关系。从无线端频谱资源的高效利用和控制接入能耗角度出发，建立基于业务特征认知的差异化服务机制，设计了适用于RoF-DAS WLAN、车联网、体域网等应用场景的MAC优化协议，并将相关控制思想应用于片上网络路由仲裁和交通信号控制等领域。. 成果在《通信学报》、《电子学报》、《控制与决策》、《Journal of ambient intelligence and humanized computing》等国内外优秀学术期刊及国际会议上发表。依托项目共发表学术论文23篇，其中SCI检索5篇，EI检索10篇次，中文核心期刊论文11篇次；授权中国发明专利1项；参加学术交流会议11次；培养硕士研究生，5人毕业获工学硕士学位，9人在读。.