基于安全通信的蜂窩網絡數據分流資源管理研究與實現.pdf

1、隨著移動智能終端和移動互聯(lián)網的日益普及，蜂窩接入網絡數據流量呈爆炸式增長模式。第三代合作伙伴項目(the Third Generation Partnership Project，3GPP)提出的“多流雙連接”(dual-connectivity)工作模式因其允許移動用戶(mobile user，MU)同時在宏基站(macro-cell base station，mBS)和小蜂窩接入點(small-cell access point，s

2、AP)之間進行高效的流量調度，被認為可以有效緩減蜂窩網絡流量壓力。然而在數據分流的過程中，一些惡意的節(jié)點可能會通過接收MU的無線信號來竊聽MU的分流數據，繼而引發(fā)安全泄露問題。本文主要研究了MU利用雙連接在給定速率需求和安全性需求下的最優(yōu)資源分配問題。本文主要研究以及取得的成果如下:
　　首先，從單MU-單sAP網絡角度出發(fā)，在保障MU安全通信的前提下，設計了一種基于雙連接的聯(lián)合流量調度、功率分配以及帶寬分配的最優(yōu)數據分流方案。該

3、最優(yōu)分流方案的目的是在保障MU安全性需求和速率需求的前提下，最小化MU的總資源消耗（包括功率消耗和帶寬消耗）。由于MU通信安全程度取決于流量調度和功率分配，因此所建模的聯(lián)合優(yōu)化問題是一個非凸優(yōu)化問題，導致求解過程變得非常困難。盡管如此，對問題進行分層轉化，將其分解成一個底層問題和頂層問題:底層問題是關于流量調度和功率分配的優(yōu)化，將其轉化為一個凸優(yōu)化問題，并采用二分法進行求解;頂層問題是關于帶寬分配的優(yōu)化，將其轉化為一個單調性優(yōu)化問題，并

4、采用基于單調性優(yōu)化的“塊逼近”算法進行求解。仿真結果表明，通過算法得到的結果相比由LINGO得到的結果，平均相對誤差不超過0.2％，但是在求解速度上我們的算法提升了至少96％。因此算法的準確性和有效性得到了充分的驗證。
　　其次，基于單MU-單sAP網絡場景下的最優(yōu)分流方案，研究了多MU-多sAP網絡場景，并且建模了一個分流選擇問題模型。該分流選擇問題在保障MUs速率需求和安全性需求的前提下，以及在sAP和mBS的帶寬資源受限以及

5、sAP的回程容量受限的情況下，最大化所有被服務的MUs的總吞吐量。盡管該問題是一個NP-Hard問題，但是首先對原問題中的接入選擇系數進行線性松弛，接著設計了一種有效的啟發(fā)式算法得到分流選擇方案。仿真結果表明通過算法得到的結果相比由基于距離的啟發(fā)式算法得到的結果，能夠在性能上提升30％以上。
　　最后，基于MATLAB GUI(Graphical User Interfaces)平臺，將上述兩種網絡場景下提出的最優(yōu)分流方案進行實現