存储辅助无线通信及其关键技术研究

Mobile Internet in business scale and the rapid growth puts forward more severe challenges for wireless transmission capacity improvement. There is an urgent need to study new ideas to alleviate the transmission bottleneck caused by the shortage in the transmission bandwidth and transmission energy. If the data to be delivered to the destination can be pre-stored among multiple nodes close to the destination in wireless network, and all nodes in the network are provisioned with the capability to sense the transmission link and environment, there will be tremendous changes in both wireless transmission theory as well as methods. Firstly, all transmission resources of those transmission links and intermediate nodes associated with the data transmission to destination can be flexibly coupled together, and this will expand the design freedom for wireless transmission. Secondly, considering the complete sensing of the transmission link state as well as the wireless network, the wireless transmission can better adapt to the traffic and the environment. In this proposal, we will fully consider the latent factors of data buffer in wireless communication technology. More specifically, we will try to disclose the variations in the resultant transmission policy and schelduling in buffer-aided wireless communcation system, so that we may find way in upgrading, improving and optimizing the achieved performance of the practical wireless communication system.

移动互联网在规模与业务上的快速增长对无线传输能力的提升提出了更为严峻的挑战，迫切需要研究新的思路，缓解传输带宽和传输能量不足所引起的传输瓶颈。无线网络若能充分考虑将数据预先存储在网络的多个节点，且所有节点均能围绕数据传输任务感知传输环境，则无线传输理论和方法将面临着巨大转变。首先，根据数据传输任务，无线网络多链路、多节点传输资源可以灵活耦合在一起，拓展了无线传输自由度。其次，在全面感知各个传输链路状态、无线网络环境时，无线传输可以更好地适配业务和环境。本项目充分考虑存储这一隐性要素对无线通信技术的作用和影响，挖掘存储对改进无线通信技术性能的潜能，以期获得提升、改进和优化无线通信系统性能的有效途径。

如何充分利用和发掘各种可用的无线传输资源以提升和改进无线传输性能，一直以来都是无线传输理论研究的关键和核心。移动互联网在规模与业务上的快速增长对无线传输能力的提升提出了更为严峻的挑战，迫切需要新的研究思路，发掘新的资源，拓展无线传输理论体系。项目从存储辅助无线通信网络建模与性能评价指标分析、存储辅助无线通信系统性能理论限与折中制衡关系，以及逼近存储辅助无线通信系统性能理论限的有效机制和方法三个角度，针对缓存辅助无线通信基础理论与关键技术展开了一系列研究工作，并获得了一大批有创新性的研究成果。项目首次给出了缓存辅助条件下的一系列典型无线通信网络的可达速率与安全可达速率域，并从能耗、时延和可达速率(安全可达速率)三者之间的权衡和折中关系来更全面地刻画了引入存储因素后无线通信网络传输性能极限的变化。相关研究深刻地揭示了存储资源的引入和适当的缓存辅助传输机制设计，可以适当的系统传输时延为代价、显著提升无线通信网络的可达速率与安全可达速率域，为进一步提升和改进无线通信网络性能指明了一个重要且可行的方向，同时也为面向下一代无线与移动通信系统设计突破在传统的通信资源域优化和设计的传统思路提供重要思路。此外，项目系统地给出了基于Lyapunov优化框架的缓存辅助传输机制设计框架，获得逼近缓存辅助无线通信网络的可达速率理论界的自适应传输技术方案。相关研究表明，由于引入了存储资源，缓存辅助下无线通信网络的传输机制设计的自由度发生了变化，除了按照信道状态信息，还应该考虑数据缓存状态信息、能耗状态信息来设计自适应的无线传输机制，从而更好地满足无线通信网络对更高数据传输速率、更好能量效率的传输要求。项目完成的研究成果丰富，层次高，对人才培育推动作用明显，后续拓展空间大，也为面向下一代无线与移动通信系统设计突破在传统的通信资源域优化和设计的传统思路提供了重要思路。