Context--Aware Resources Allocation with Carrier Aggregation in Cellular Networks.pdf

1、目前，蜂窩無線網(wǎng)絡的用戶數(shù)量、數(shù)據(jù)流量得到了迅猛增長。越來越多的智能手機用戶開始使用如視頻網(wǎng)站YouTube和社交網(wǎng)絡Facebook這樣的網(wǎng)絡服務。這些多媒體的內(nèi)容是豐富多樣的，同時對應用程序的寬帶接入提出了更高的需求。而受限于有限的蜂窩頻譜，很難有一個頻段可以滿足日益增長的接入需求。因此，一種能整合不同運營商的網(wǎng)絡資源，高效實現(xiàn)對有限資源進行配置的算法，對提升網(wǎng)絡服務質(zhì)量(QoS)具有很大的幫助。
　　本文從多運營商的資源分配

2、優(yōu)化問題出發(fā)。同時為保證最小化的服務質(zhì)量，每個用戶將從移動服務獲得子服務。
　　一種新的結(jié)合環(huán)境感知和時間感知的第四代蜂窩網(wǎng)絡架構(gòu)，能夠解決環(huán)境感知的資源分配問題。通過在資源分配階段，指定實時應用用戶優(yōu)先于時間容忍的應用用戶來實現(xiàn)環(huán)境感知的資源分配。通過隨時間變化的數(shù)據(jù)流量定價策略，實現(xiàn)的時間感知的資源分配。
　　本文提出一種多種頻帶的載波聚合技術(shù)的算法，可以實現(xiàn)把位置感知的資源分配結(jié)合到環(huán)境感知的資源分配架構(gòu)之中。這種選擇

3、載波或者多載波的速率分配算法，可實現(xiàn)需求資源的價格最小化。這種基于載波聚合的環(huán)境感知資源分配架構(gòu)，可以靈活且容易的實現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡系統(tǒng)最優(yōu)化配置。并通過實驗結(jié)果基本驗證了這種架構(gòu)。
　　正如過去的二十年，互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模得到了飛速的增加一樣。目前，移動寬帶用戶的數(shù)量同樣以驚人的速度在飛速增長。據(jù)統(tǒng)計，到2015年手機用戶的數(shù)量預計將達到約35億，其中大多數(shù)是基于智能手機的用戶(Yang H，2005)。這種潛在的增長也意味著相當大的移動數(shù)

4、據(jù)流量的增加。根據(jù)思科，全球移動數(shù)據(jù)流量預計將成長到2017年每月11.2艾字節(jié)(全球移動數(shù)據(jù)流量預測更新，2010-2015年，思科視覺網(wǎng)絡指數(shù)2011)。隨著新技術(shù)設備的發(fā)展，現(xiàn)在智能手機能夠顯示高質(zhì)量的服務，這將意味著肯定會致力于提高蜂窩網(wǎng)絡的能力。
　　為了實現(xiàn)上述需求(全球移動數(shù)據(jù)流量預測更新，2010-2015年，思科視覺網(wǎng)絡指數(shù)2011)，新一代的移動網(wǎng)絡正在通過移動運營商部署。在過去的幾年，部署第四代合作伙伴計劃(

5、3 GPP)的長期演進(LTE)和長期演進越來越先進。然而，即使LTE提供的增強，不斷增長的需求的能力和提高數(shù)據(jù)吞吐量也無法改善。尤其是在人口稠密地區(qū)如購物中心或機場，大量的用戶希望同時連接到基站和可能超越極限的能力系統(tǒng)，這一事實變得更加嚴重。
　　現(xiàn)代蜂窩網(wǎng)絡所提供的不斷增加先進服務需要嚴格保證服務質(zhì)量，獲得了許多優(yōu)化過程的典型結(jié)果。為此提出了本算法。
　　問題定義:
　　近年來，移動寬帶在用戶數(shù)量和每個用戶的數(shù)據(jù)流

6、量當中取得了快速增長。當前，在他們的智能手機上，用戶能夠同時運行多個應用程序。網(wǎng)絡提供商正從單一的服務（如互聯(lián)網(wǎng)）到多個服務（如多媒體電話和移動電視）。為了滿足移動用戶這種對無線資源的強勁需求，因此將會需要更多的資源。然而，由于頻譜有限，很難有一個頻段滿足這種需求。因此，來自不同的運營商需要把資源聚合，而且網(wǎng)絡提供商也在迫切需要一種有效的資源配置。
　　本文的目標是:
　　1)分析在手機網(wǎng)絡中更有效的信道分配策略:
　

7、　優(yōu)先選擇實時應用程序，而且沒有刪除容忍延遲的應用程序用戶;
　　克服在流量高峰期的擁堵問題;
　　對來自不同運營商的資源進行優(yōu)化分配。
　　2)優(yōu)先選擇實時的應用程序用戶而不是容忍延遲應用程序用戶。
　　3)減少蜂窩網(wǎng)絡的擁塞問題。
　　4)設計并使用Matlab程序模擬提出的算法。
　　5)保證所有用戶分配到一部分可用頻譜的(為所有用戶提供一個最低服務質(zhì)量Qos)測試和評估提出的算法效率。

8、　　本文的貢獻
　　運行在智能手機上的應用程序可以分為兩種應用程序:一種是實時應用程序。如IP電話(VoIP)、視頻等等;另一種是允許延遲容忍的應用。如應用程序更新、電子郵件、社交網(wǎng)絡等由于延遲的限制實時應用程序分配優(yōu)先容忍延遲應用程序。與此同時，運行容忍延遲應用程序的用戶也不應該被剝奪了資源即網(wǎng)絡中沒有用戶被刪除。因此，我們的目標是在有限的蜂窩頻譜中為一個有效內(nèi)容感知資源進行分配并載波聚合，從而確保實時應用程序的優(yōu)先級卻不會刪除

9、容忍延遲的應用程序用戶。
　　本文提出的架構(gòu)同時考慮了用戶運行實時應用程序和容忍延遲的應用程序。由于提出的內(nèi)容感知資源分配策略，用戶運行不同的內(nèi)容能夠體驗不同的資源分配。資源分配優(yōu)化問題是制定為具有可用的evolved-NodeB(eNodeB)頻譜資源活躍用戶來確保公平效用分配比例。因此，載波聚合的環(huán)境敏感資源分配算法為主的實時應用程序用戶比容忍延遲應用程序用戶優(yōu)先級更高。此外，該優(yōu)化問題制定保證所有用戶能夠被分配到一部分可用頻

10、譜，正如eNodeB應該為所有訂閱用戶提供一個最低QoS移動服務。
　　本文的主要貢獻如下:
　　1)引入一個新的對數(shù)和類反曲效用函數(shù)，以解決了容忍延遲應用和實時的應用的聯(lián)合載波聚合速率分配的優(yōu)化問題。
　　2)通過研究，本文將優(yōu)化問題劃分為教簡單的子問題，并在不同的蜂窩網(wǎng)絡環(huán)境下進行解決。
　　3)證明了提出的凸優(yōu)化問題，證明了所得全局最優(yōu)解是可靠的。
　　4)本文提出了一種分布式速率分配算法，能夠進行聯(lián)