基于边缘缓存的云无线接入网络传输理论与技术

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随着5G无线通信网络中无线设备和数据流量的急剧增长,云无线接入网络(Cloud Radio Access Network,简称C-RAN)被认为是满足不断增长的数据速率需求的候选者之一。据观察,移动数据流量是由大量重复下载流行内容所产生的,其中移动视频流量占据了大部分。在蜂窝网络边缘缓存流行内容可以卸载核心网的数据流量,减少访问延迟和回程成本,提高网络吞吐量。本文主要针对基于边缘缓存的C-RAN的能量效率和物理层安全问题进行研究。针对基于边缘缓存和前传压缩的C-RAN下行链路的能量效率(Energy Efficiency,简称EE)较低的问题,考虑前传链路容量受限的情况,分别引入了前传压缩传输策略和数据共享传输策略以解决前传容量有限的问题,并比较了两种传输策略的性能。考虑到系统遍历和速率与快速变化的小尺度衰落因子有关,为了降低计算复杂度,采用大维随机矩阵理论推导出EE的近似表达式。在此基础上推导出最大化EE的最优缓存容量的闭合表达式。仿真实验表明了所推导出的EE的近似表达式的正确性,EE和传输功率存在的折中以及EE和缓存容量之间的依赖关系。针对蜂窝通信网络中无线传输的广播特性造成的安全性不够高的问题,利用边缘缓存实现物理层安全传输,从而提升网络的安全性能。为保证所有消息的保密性,这种物理层安全机制考虑了一种最坏的场景,即当基站与目标用户之间进行通信传输时,网络中的其他所有的非目标用户可以协作窃听基站发送给目标用户的消息。其次,为了分析缓存对于系统安全性能的影响,采用了两种不同的缓存策略,并比较了两种缓存策略的性能。仿真实验表明了缓存容量对网络安全性能的影响,有助于设计合适的缓存策略来有效提升系统的安全性能,从而实现物理层安全传输。
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