能效优先的无线多网协作理论研究

Each telecom operator in China has multiple wireless access networks, such as 2G, 3G, 4G, and WLAN, and is currently facing some big challenges like overlapped service coverage, unbalanced network and customer developments, waste of radio resources, more complex radio propagation environments, and low energy efficiency. It is now very urgent to change this situation. The goal of this research project is to improve energy efficiency and user service experience across collaborative heterogeneous wireless networks. The key idea and new technical approach is to dynamically control and adapt the distribution of transmit energy of multiple wireless networks according to the distribution of traffic and user requirements. Specifically, on theoretical side, this research will fully investigate and establish (1) a multi-network information theory based on the distribution of transmit energy of heterogeneous wireless networks, (2) a statistic model of dynamic user requirements and traffic distribution across multiple wireless networks, and (3) an energy-efficient network collaboration theory based on dynamic transmit energy adaptation according to cross-network user requirements and traffic distribution. On technical side, this research will develop and evaluate an energy-efficient collaboration architecture for heterogeneous wireless networks, as well as a cross-network dynamic radio resource management mechanism, thus to guarantee stable service experience for users across different wireless networks. It is anticipated the research outcomes of this project will provide theoretical basis and technical guidance for the design and optimization of heterogeneous wireless networks under complex co-existence environments, and practically, promote radio resource sharing, network collaboration, service creation and energy efficiency improvement across multiple wireless networks.

每个电信运营商都拥有2G/3G/4G/WLAN多种无线接入网络，正面对多网重叠覆盖、发展不均衡、资源浪费严重、辐射环境恶化、能量效率低下等艰巨困难，改变这种局面刻不容缓。本项目以提升多网能量效率和用户跨网服务体验为目标，提出"多网能量分布和用户业务需求相互匹配"的创新思路，研究建立基于辐射能量分布的多网信息理论，多网动态用户业务需求的理论模型，以及能效和资源优化的多网协作通信理论体系。本项目重点研究和解决以下科学问题：（1）多网辐射能量分布和网络容量的关系问题，（2）多网动态用户行为和业务需求的建模问题，（3）多网能量分布和用户业务需求的匹配问题。在技术应用层面上，本项目将设计构建能效优先的多网协作体系架构，研发保障用户服务体验的跨网动态资源管理机制，促进多种无线网络之间的资源共享、协作服务、业务融合和能效提升，为复杂多网环境下移动通信系统的设计优化和业务创新提供重要的理论依据和技术支撑。

针对多网各自为政、发展极不均衡、资源浪费严重和能量效率低下的现状，以及国内外信息基础理论研究严重滞后于各种无线移动通信技术迅速发展和应用的严峻形势，本项目提出"多网能量分布和用户业务需求相互匹配"的创新思路，研究难点问题：（1）多网辐射能量分布和网络容量的关系问题；（2）多网动态用户行为和业务需求的建模问题；（3）多网能量分布和用户业务需求的匹配问题。课题组通过联合研究，在以下方面形成突破：.（1）多网辐射能量及无线信道的测量、分析与建模：利用先进的频谱测量工具、信道测量工具分别在全国多地进行了辐射能量及信道冲击响应的测量，获得了大量原始数据，构建全球首个无线信道大数据共享平台。.（2）跨网业务分布与用户体验分析与建模：结合当前移动互联网的迅猛发展势头，提出对“小流量、高频次”业务、“大流量、低频次”的特征与分布情况建模，获取了其业务模型特征（业务忙时发起次数、持续时间、地理区域分布特征、业务流量特征等），以及用户使用行为习惯特征。.（3）多网业务匹配与能效优化方面：终端能效优化方面，通过搭建电源特性测试平台，得出智能手机的充放电及电池恢复效应模型，并提出电池状态感知的硬件模块工作调度策略；在传输链路层面，提出一种能量高效的基于ACK信号计数的新型准随机退避策略（AAB），有效提高网络数据发送成功率，降低网络延迟，提高各终端的能量效率；在网络层能效优化上，提出一种新的能量效率指标，作为运营商对是否值得布设某一基站提供参考；在多网资源分配方面，提出异构融合网络资源接入与分配方法，在保障用户服务质量的前提下，降低能耗，并提出面向最优能效的DAS系统功率分配算法，在保持最优性能的前提下，将计算复杂度降低了一个数量级，从而大大降低了计算开销和系统能耗。.本项目实施过程中，在IEEE Transactions等国际期刊和本领域重要的国际会议上发表SCI/EI论文73篇，申请国家发明专利28项，授权国家发明专利15项，培养博士和硕士25名，研究的绿色通信技术获得中国通信学会2015年度科学技术奖二等奖，项目组通过积极参与相关领域主流国际会议等方式，与国外同行进行了深入的学术交流与合作，具有一定国际影响力。