异构网络中负载均衡和资源分配策略研究.pdf

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士、论弄构网珞中负栽均衡和论文题目资源分肥策略研先音其豪作者姓名信息与通信工程学科专业岬玲教援导师姓名〇一五年五月完成时间博士学位论文异构网络中负载均衡和资源分配策略研究作者姓名：晋英豪学科专业：通信与信息系统导师姓名：邱玲教授完成时间：二〇一五年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaADissertationforDoctor'sDegreeResearchonLoadBalancingandResourceAllocationinH

2、eterogeneousCellularNetworksAuthor'sName:YingshaoJinSpecialty:CommunicationsandInformationSystemSupervisor:Prof.LingQiuFinishedtime:May2015中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。中国科学技术大学学位论文授权使用声明作

3、为申请学位的条件之一学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。公开□保密（年）签字日期：、、签字日期：摘要摘要移动智能终端爆发式的增长以及与互联网的快速融合带来无线数据流量的迅猛增长。与此同时，现有的移动数据业务呈现出不均匀分布的特点，例如现在超过的语音业务和的数据业务都发

4、生在室内。因此，提高室内热点的通信速率和服务质量成为通信技术的发展要求。异构网络（技术通过在宏蜂窝网络层中布放大量低功率节点（提供室内热点覆盖以及高服务速率，缓解现有蜂窝网络面临的移动数据业务爆炸性增长问题。然而技术也面临着新的挑战’包括负载不均衡、小区间干扰，以及潜在的高能耗等问题。面对上述的挑战，本文从负载均衡和资源分配的角度出发，针对如何进一步提高吞吐量性能、降低基站端能耗以及降低终端能耗三个方面，通过设计合理的优化目标并采用优化理论等方法，提出了相应的解决方案。首先，由于频谱资源的稀缺性，在中采用同频部署是一种比较好的选择。为了体现技术的小区分裂增益

5、，需要针对中不同层之间基站发射功率的差异性，研宄新的用户归属方式将部分用户强制接入以平衡基站间负载。然而由于同频复用，拓展用户会受到宏基站强烈的小区间干扰，又会导致吞吐量的降低，而需要进一步研宄相应的干扰协调策略。考虑到负载均衡与干扰协调方案之间相互耦合相互影响，区别于传统研究中将两者分开独立优化设计，本文联合设计了负载均衡与基于空白子帧（的千扰协调策略。本文建立了基于网络效用（该效用同时考虑了系统吞吐量和公平性）最大化的联合负载均衡和干扰协调的多变量非凸优化问题，通过推导得出子帧比例与负载均衡之间的闭式关系式：子帧比例为拓展区域用户数与总用户数之间的比值。

6、利用该关系式，将原联合多变量优化问题等效为单变量负载均衡问题。针对单纯的负载均衡问题，本文采用贪婪算法提出了基于边际效用的用户归属方案，并以此确定子帧比例。更进一步，基于上述讨论中负载均衡的启示，本文将其拓展到实际应用场景，通过简化和近似，提出了基于网络负载的偏置值设置和图样设计方案。其次，本文基于网络负载在时间上和空间上的波动性，设计了相应的负载均衡和资源分配策略以实现基站端节能。本文建立了基于系统能效最大的联合负载均衡和基站开关策略的多变量非凸优化问题。当固定基站开关图样的时候，系统能效最大化问题等效为一个单纯的负载均衡问题，在多接入场景下即用户可以同时

7、接入多个基站服务，该优化问题为凸优化问题而可以采用内点法得到最优解作为负载均衡策略性能上限，而在单接入场景下，本文通过将原最大化问题摘要转化为最大最小化问题，提出基于速率偏置因子的用户归属方案以及相应的资源分配策略。针对基站幵关问题，本文基于最优的负载均衡策略得出系统能效与关闭基站数之间的关系：系统能效随基站关闭数的增加呈下降或者先上升后下降的关系。基于上述关系，本文提出了一种低复杂度的基站开关遍历算法，相比于传统的遍历算法，所提算法在保证最优性的同时大大降低了复杂度。更进一步，基于条件，本文提出了一种次优的基站开关算法，该算法在保证系统性能基本不下降的情况

8、下进一步降低了复杂度（线性复杂度。最后，针对中由于不