无线接入网QoS保证的节能控制建模与协同策略优化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61374158
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    78.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0303.系统建模理论与仿真技术
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

With the integration of telecom, broadcasting and Internet networks, wireless access networks are proliferating deployed to support multiple integrated services. Energy consumption and QoS provisioning are becoming crucial constraints in the design and operation of wireless access networks. This research investigates the modeling, performance analysis and cooperative optimization method of energy saving control with QoS guarantee for addressing this issue. First, an energy saving control scheme that combines dynamic power management (DPM) and adaptive bandwidth allocation (ABA) is presented. DPM adaptively adjust the energy consumption level/communication capacity with the fluctuation of workloads by conducting frequency carriers switching on/off and base stations sleep/awake, while ABA reallocates the bandwidth of ongoing calls to adapt to the variation of available communication capacity. The cooperation of DPM and ABA aims to reduce energy consumption while to guarantee QoS simultaneously. Then, an analytical model based on semi-Markov switching control processes is introduced to formulate the energy saving control problem. Under this framework, events are flexibly defined to driven DPM and ABA to interact with environment promptly, and the system dynamic is captured accurately with a hierarchical structure. The optimum of energy saving under multiple QoS constraints is achieved by cooperative optimization of the event-driven policies defined at different layers. Finally, adaptive algorithms are developed based on event-based optimization approach to perform the cooperative optimization online. The feature of event-driven policies and the information of dynamic hierarchy are exploited to release the dependence on the knowledge of environment and system parameters, and to reduce the computation complexity considerably. This research proposes a high energy-efficient control scheme for adaptive resource management of wireless accesses networks, and provides a feasible solution to a class of common and key technology problems in energy saving control of network communication systems.
面向三网融合背景中无线接入网低能耗、高性能的设计和运行需求,研究具有可靠QoS保障的节能控制建模、性能分析及多策略协同优化方法。采用动态功耗管理、适应带宽配置等资源管控策略对基站的能耗级/通信容量、业务呼叫使用带宽进行自适应调整,驱动系统资源与波动业务需求的有效匹配。构建层级化半Markov切换控制过程模型,建立基于事件反馈和层级协同的控制结构和分析优化框架。引入大系统理论方法进行策略解耦,通过并行协同优化实现QoS性能约束下的能耗最优化。研究多策略协同的自适应优化算法及其在线分布式并行实现,利用模型的层次化动态结构信息和事件驱动的策略特性,摆脱优化算法对环境和系统参数的依赖,大幅降低计算复杂度,提高计算实时性和在线实现的灵活性。项目研究为无线接入网提供高能效的自适应资源管理控制决策方案,促进网络通信系统节能控制中一类具有共性的关键技术问题的解决。

结项摘要

随着通信技术的发展和应用需求的推动,提供多媒体业务泛在接入的无线接入网日益普及,无线网络流量急剧增长带来的高能耗问题引发对绿色无线通信的迫切需求。由于应用环境的复杂性和业务服务的多样性,提高能效并提供各类业务可靠QoS保证成为无线接入网设计和运行的一项颇具挑战性的研究课题。本项目面向无线接入网高能效的自适应资源管理,从系统与控制的角度,开展QoS保证的节能控制建模、性能分析和协同策略优化研究。(1)结合系统级的动态功耗管理、传输层的可伸缩视频编码以及链路层的传输速率控制,提出跨层协同的具有QoS保证的节能控制机制。(2)针对无线接入网系统的动态特性,提出事件驱动的涵盖半Markov过程、离散时间Markov过程和部分可观Markov过程的切换控制系统分析模型,对多种类型的层次化系统动态具有广泛的描述能力,为复杂应用环境中无线接入网具有可靠QoS保证的协同控制提供了有效的性能分析和策略优化框架。(3)引入事件性能势的概念,推导出切换控制过程的性能灵敏度公式,提出基于策略梯度和策略迭代的在线自适应优化算法,给出算法的计算复杂度分析和收敛性证明。提出梯度矢量合成法和约束策略空间在线辨识法直接求解具有随机型性能指标约束的优化问题。所提算法具有收敛速度快、计算量小、自适应性强的特点,适用于未知且时变环境中的在线自适应优化。(4)对基站休眠和载频开启控制、可伸缩视频编码流媒体跨层协同的认知无线传输、视频流媒体编码层的选择传输控制、自适应传输速率控制、移动云计算随机任务序列的执行调度、高能效的无线中继传输等无线接入网的研究热点问题提出了切实可行的优化控制方案。项目研究有助于促进网络通信系统节能控制中一类具有共性的关键技术问题的解决,推动相关理论探索和应用研究的深入开展。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(4)
Modeling and Optimization Control of a Demand-Driven, Conveyor-Serviced Production Station
需求驱动、输送机服务的生产站的建模和优化控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    European Journal of Operational Research
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Hao Tang;Lingling Xu;Jing Sun;Yingjun Chen;Lei Zhou
  • 通讯作者:
    Lei Zhou
无线多媒体接入网高能效的自适应载频开启控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    系统科学与数学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江琦;唐昊;奚宏生
  • 通讯作者:
    奚宏生
传送带给料分批加工系统在线优化控制方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴松;唐昊;谭琦
  • 通讯作者:
    谭琦
Energy-Efficient Traffic Rate Adaptation for Wireless Streaming Media Transmission
无线流媒体传输的节能流量速率自适应
  • DOI:
    10.1109/tcsvt.2017.2735444
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Qi Jiang;Victor C M Leung;Hao Tang;Hong-Sheng Xi
  • 通讯作者:
    Hong-Sheng Xi
Dynamic Power Management Strategies for a Sensor Node Optimised by Reinforcement Learning
通过强化学习优化的传感器节点的动态电源管理策略
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    International Journal of Computational Science and Engineering
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Lei Zhou;Hao Tang;Huizi Li;Qi Jiang
  • 通讯作者:
    Qi Jiang

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其他文献

基于SVD与改进EMD联合的泄流结构工作特性信息提取
  • DOI:
    10.16058/j.issn.1005-0930.2016.04.006
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    应用基础与工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建伟;暴振磊;江琦;王涛;刘轩然
  • 通讯作者:
    刘轩然
Bi掺杂钛酸钡基陶瓷的液相法合成及其介电性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Russian Journal of Applied Chemistry
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    李娜;李闯闯;江琦;程海燕
  • 通讯作者:
    程海燕
Dielectric Properties of (Na0.5Bi0.5)TiO3-Ba0.7Sr0.3Sn0.02Ti0.98O3复合材料的介电性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Modern Physics Letters B
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    程海燕;江琦;李闯闯;王萌萌
  • 通讯作者:
    王萌萌
梯级泵站管道TMD振动控制仿真与减振优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    水电能源科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张翌娜;王立彬;张建伟;王涛;江琦;温嘉琦
  • 通讯作者:
    温嘉琦
考虑不同库水耦合模式的拱坝振动特性分析
  • DOI:
    10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2016.06.023
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    振动.测试与诊断
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建伟;曹克磊;赵瑜;江琦;刘晓亮;暴振磊
  • 通讯作者:
    暴振磊

其他文献

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江琦的其他基金

QoS保障的视频流媒体认知无线传输的控制建模与策略优化
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    59 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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