面向移动群智感知QoS和QoE的无线网络资源管控技术研究

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随着移动通信技术发展,在2/3/4G语音业务和数据业务的基础上,5G/6G移动通信、WiFi无线局域网、物联网(Internet of Things,IoT)、车联网(Internet of Vehicle,IoV)等网络技术不断演进,各种手机、智能终端、物联网模组、智能车辆都同时接入无线网络。在万物互联的社会需求以及各种业务爆炸式急速发展的背景下,如何确保不同种类的用户感知和业务保障是个急需解决的问题,无线网络资源管控和相关业务保障性能优化问题一直都是最为核心的研究议题。移动群智感知(Mobile Crowd Sensing,MCS)是一项将普通用户的智能移动设备作为基本感知单元实现感知任务分发与感知数据收集的新型技术,在连接设备越来越密集、网络业务量激剧增长、用户服务质量要求更高的情形下,有限的无线频谱资源难以满足广大用户、不同群体对日益快速增长的新兴业务的应用需求,无线网络资源面临极端受限的难题。通过MCS可以按业务类型和用户签约状态将接入无线网络的终端划分为不同的单元簇,不同的用户和终端所处的无线环境质量需要通过绘制无线电环境地图(Radio Environment Map,REM)来进行评估,并将实际无线环境真实情况数据返回到网络核心侧为资源管控策略调整提供决策依据。策略和计费控制(Policy and Charging Control,PCC)闭环动态管控系统通过用户签约状态和业务需求状态,再结合REM得知的无线网络环境实际情况,实现动态调控无线资源。当无线网络拥塞时,通过基于QoE的频带优化控制方法将用户切换到能够保障用户感知的无线频带,从而精准调整面向MCS中不同用户和不同业务的服务质量(Quality of Service,QoS)和体验质量(Quality of Experience,QoE)。本文提出一套面向移动群智感知进行QoS和QoE的无线网络资源管控技术方案,先从研究如何更精准获得无线电环境信息入手,并进一步开展基于QoS区分的无线资源动态分配和以QoE为导向的频带优化控制研究,用以解决如何准确感知无线电环境基础信息、如何实现QoS差异化控制、如何实现QoE整体性均衡等关键问题,从而利用移动群智感知来提高无线网络环境分析准确率及无线资源利用率和改进应用业务服务质量。本文主要研究成果如下:(1)提出了无线电环境地图(Radio Environment Map,REM)基础信息感知方法,建立了一个基于MCS的REM采集原型系统,以采集无线电环境信息所需的数据。通过感知到的无线电环境信息,可以支持合理分配无线频谱资源,提高无线电资源的利用率,实现访问控制和资源优化配置。实际情况下用户不可能均匀分散在无线环境中,所以仅靠现有用户MCS感知任务以采集的无线电环境信息无法准确反映实际无线环境,本文提出了利用泛克里金Universal Kriging插值算法,从采集的无线电环境信息样本数据中推断出完整的无线电环境信息。通过实验分析了 Universal Kriging插值算法的插值结果和误差,并将其与常用的最近邻插值算法和反距离加权插值算法进行比较。本文提出的Universal Kriging算法可以根据所采集的样本数据推断出完整的无线电环境信息数据,并且具有最小的插值误差。(2)提出了基于QoS区分的无线资源动态分配方法,建立了策略和计费控制(Policy and Charging Control,PCC)闭环动态管控系统的组网架构,可以实现动态调控无线资源,改进PCC在QoS区分的无线资源分配和调度方面的实际应用效果。在MCS系统中,采用合理的QoS策略可以确保良好的用户服务质量。通过增加相关无线侧资源分析网元设备,基于网络数据业务和用户行为统计分析及网络资源评估,分析和评估现有静态PCC策略应用效果,制定动态的策略调整建议。建立PCC动态闭环管控机制,通过对网络各网元的性能分析和总结,支持PCC实施QoS策略动态、自适应调整。尤其是在无线区域业务量较高时,PCC能自动忙区监测,并分析忙区下各用户级别、当前正在使用的业务等情况,可以正确生成管控策略,减少人工发现忙区、人工分析忙区用户级别及使用业务,最终实现无线资源高效利用和QoS多样化智能服务。(3)针对无线网络某个频带出现拥塞的情况,提出了以QoE为导向的频带优化控制方法,建立了一种在双频带网络中以QoE为导向的无线网络优化技术方案,用以提升系统用户的整体QoE。在越来越多情况下,需要减少核心网络中感知数据从移动设备分流到MCS系统中的开销,但在WiFi 2.4GHz和5GHz之间进行频带控制时,固定的阈值配置策略会导致在双频带中QoE的不平衡。首先,为了保证网络总体上的QoE并且平衡2.4GHz和5GHz频带之间的QoE,本技术方案可在终端关联期间,基于QoE信息动态调整频带的负载阈值。其次,为了满足每个用户基本的QoE,在用户加入网络之后该技术方案优先将具有较差QoE的终端从拥塞的频带切换到闲置的频带。通过采用以QoE为导向的频带优化控制方法,提出的技术方案在终端接入网络前后均能提升QoE,并在多频带网络中具有更好的整体性QoE均衡。
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