移动通信技术探究论文提纲

论文题目：5G移动通信网络中缓存与计算关键技术研究

摘要：随着移动互联网和物联网的持续繁荣发展,丰富多彩的网络服务和应用已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分,例如智慧城市、虚拟现实、增强现实、在线游戏、高清视频等。这些新兴的网络服务和应用在丰富人们生活的同时,也给移动通信网络基础设施带来了巨大的挑战:一方面这些网络服务和应用产生的移动网络数据流量呈现出爆发式增长的态势;另一方面,这些新兴的网络服务和应用对计算资源的需求也越来越大。为了给用户提供更高体验质量的移动网络服务,积极地开展并推进第五代（5G）移动通信网络技术的研究具有重要意义。其中,在5G移动通信网络中部署缓存和计算资源被认为是降低网络传输时延和内容冗余传输,提升内容分发效率和网络计算处理能力的重要途经,并且已经得到了学术界和产业界的广泛关注和认同。考虑到5G移动通信网络中部署缓存和计算资源的发展趋势,本论文对5G移动通信网络中缓存和计算关键技术展开了深入研究,主要包括:在5G核心网络中,如何实现高效的缓存资源分配机制;在5G边缘网络中,如何实现协作高效的内容缓存与分发机制;在5G边缘网络中,如何实现计算任务卸载机制。具体研究内容和主要创新工作概括如下:（1）5G核心网络中高效的缓存资源分配机制研究在5G核心网络中部署内容缓存已经被认为是改善内容分发效率和终端用户体验质量的重要方法,然而随着在5G核心网络中引入网络切片技术,内容缓存在5G核心网网络切片中并没有得到很好的考虑。网络切片是5G移动通信网络中引入的一项新技术,它可以创建虚拟网络,并根据用户的需要提供定制化的网络服务。本论文联合的考虑了5G核心网络缓存与网络切片技术,提出了一种高效的5G核心网缓存资源分配机制。首先将5G核心网络缓存资源分配问题抽象建模为一个整数线性规划模型,然后提出了一种基于化学反应优化算法的缓存资源分配策略,仿真结果显示了所提方法的有效性。（2）5G边缘网络中协作高效的内容缓存与分发机制研究在5G移动通信网络中,将内容缓存的部署位置进一步下沉,部署在更加靠近终端用户的网络边缘,可以进一步地降低网络传输时延,对于改善移动通信网络的内容分发效率具有重要意义。其中,编码缓存和协作分发被认为是5G边缘网络中两种很有前途的技术。虽然在编码缓存和协作分发方面有许多优秀的工作,然而这两项技术传统地是分开处理解决的。有必要联合考虑这两个重要问题,以降低回程率,改善内容分发效率以及终端用户的体验质量。本论文联合地考虑编码缓存和协作分发问题,提出了一种协作高效的内容缓存与分发机制;并基于所提出的方案,从内容缓存和内容分发的角度建立了能量消耗模型,以优化内容缓存和内容分发的能量效率。此外,本论文提出了一种基于启发式贪婪算法的缓存放置算法,通过优化缓存放置来解决这个能量效率优化问题。最后仿真结果表明了该方案的性能。（3）5G边缘网络中计算任务卸载机制研究在5G边缘网络中部署计算资源已经成为5G移动通信网络发展的重要趋势,对于提高网络的计算处理能力和终端用户的体验质量具有重要意义。这种在5G网络边缘中部署计算资源以及信息技术服务环境,并为终端用户提供低时延高带宽服务的网络新范式被称之为边缘计算,也是5G移动通信网络引入的一项新技术。与此同时,考虑到移动终端的电池容量和计算能力的有限性,在移动终端中处理计算密集型任务是十分困难的。因此,有必要将计算任务卸载到边缘计算服务器中,而计算任务卸载也被认为是边缘计算领域的关键问题之一。本论文联合地考虑了边缘计算和D2D（Device-to-Device,设备到设备）通信技术,提出了一种能量高效的计算任务卸载机制。特别地,计算任务执行模型可由本地执行、雾计算设备执行和移动边缘计算服务器执行组成。然后,本论文将计算任务卸载问题建模为随机优化问题,并利用李雅普诺夫优化理论求解该问题。最后,仿真结果验证了所提出方案的有效性。

关键词：5G移动通信网络;内容缓存;协作分发;边缘计算;能量高效

学科专业：信息与通信工程

摘要

ABSTRACT

符号说明

第一章 绪论

1.1 论文的研究背景

1.2 论文的选题意义

1.3 论文的主要研究内容及创新点

1.3.1 论文主要研究工作

1.3.2 论文的创新点

1.4 论文的组织结构

1.5 论文的项目资助

第二章 5G移动通信网络中缓存与计算关键技术研究概述

2.1 5G移动通信网络研究概述

2.1.1 5G移动通信网络应用场景与关键指标

2.1.2 5G移动通信网络重要使能技术

2.1.3 5G移动通信网络体系架构

2.2 5G移动通信网络中缓存技术研究进展

2.2.1 缓存部署位置问题的研究

2.2.2 缓存策略机制问题的研究

2.3 5G移动通信网络中计算技术研究进展

2.3.1 计算任务卸载技术问题研究

2.3.2 计算资源分配和调度问题研究

2.4 本章小结

第三章 5G核心网络中缓存资源高效分配机制研究

3.1 引言

3.2 系统模型和问题建模

3.2.1 集成网络切片和缓存的5G核心网络概述

3.2.2 系统模型和问题建模

3.3 基于CRO算法的缓存资源分配机制

3.3.1 CRO算法概述

3.3.2 基于CRO算法的缓存资源分配机制

3.3.3 复杂度分析

3.4 仿真与分析

3.4.1 仿真环境与参数设置

3.4.2 仿真结果与性能分析

3.5 本章小结

第四章 5G边缘网络中协作高效的内容缓存与分发机制研究

4.1 引言

4.2 系统模型和问题建模

4.2.1 系统模型

4.2.2 编码缓存与协作内容分发机制

4.2.3 能耗模型

4.3 基于启发式贪婪算法的缓存放置算法

4.4 仿真与分析

4.4.1 仿真环境与参数设置

4.4.2 仿真结果与性能分析

4.5 本章小结

第五章 5G边缘网络中计算任务卸载机制研究

5.1 引言

5.2 系统模型与问题建模

5.2.1 网络模型

5.2.2 计算任务与任务队列模型

5.2.3 计算任务执行模型和计算卸载能耗模型

5.2.4 问题建模

5.3 能量高效的计算任务卸载策略

5.3.1 问题转换

5.3.2 算法设计

5.4 仿真与分析

5.4.1 仿真环境和参数设置

5.4.2 仿真结果和性能分析

5.5 本章小结

第六章 结束语

6.1 论文研究工作总结

6.2 未来研究工作展望

参考文献

附录1 英文缩略词对照表

致谢