密集场景下基于中心控制的毫米波网络波束管理研究

摘要

移动设备发展至今，几乎触及了我们生活的方方面面，人们对移动数据的传输需求也越发高涨，下一代通信系统的理论速率值是上一代系统的十倍之多。越高的信息传输速率，就需要越高的传输条件，但是目前低频优质频谱已经被瓜分殆尽，无法找到连续的满足需求的大带宽，因此，业界将目光转向了高频频段。以802.11ad/ay为代表的高频WLAN标准为例，它们就使用了60GHz非授权频段，单个信道的带宽有2.16GHz，为极高的数据速率提供了基础。然而，高频标准需要克服高频无法避免的高路径损耗。目前的解决方法是利用波束训练形成定向波束，在特定方向上形成高增益的通信链路，并且为了解决覆盖范围缩减的问题，需要更高密度的部署。基于此，本文围绕基于中心控制的毫米波密集部署网络架构，研究在该场景下的波束管理方面的相关内容。　　本文第2章首先介绍了本文所面向的WLAN毫米波密集部署网络场景，其主要特点在AP间的即时交互性，便于整个网络控制信息流通。随后基于IEEE802.11ad的毫米波的信道接入方式和波束训练流程，对波束训练、波束管理中波束切换与波束追踪等内容进行了介绍与性能分析。　　本文第3章提出了基于中心控制的毫米波密集部署网络架构下的一种新的波束训练方法，即围绕中心控制节点，将其附属节点均视为中心控制节点的虚拟天线，在保证WLAN协议版本兼容性的前提下，让更多的设备参与训练，尽可能地用更少的信标间隔完成更多数量的STA的波束训练。本章还详细介绍了该训练方法的流程、帧结构以及相关开销，对该方法的性能进行了分析。　　本文第4章在第3章的基础之上，对该网络架构下的波束管理方面内容进行了研究。首先对波束切换进行了研究，利用第3章的训练结果与该网络架构在控制信息交互方面的优势，在切换过程中省去关联时延，大幅缩小了扫描时延；随后针对负载不均的问题，提出一种基于数据迁移的均衡方案，在保证各个节点的负载差异性不大的前提下，尽可能地用最短的时间达到均衡状态；随后提出了一种节点覆盖范围动态调整的方案，基于网络设备与节点的相对位置与干扰情况，调整节点的覆盖范围，达到节约能耗的效果。

目录

声明

第1 章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1无线局域网的密集网络部署研究

1.2.2中心控制网络架构研究

1.2.3 波束训练方法研究

1.2.4 波束管理研究

1.2.5 负载均衡方案研究

1.3论文主要工作及内容安排

第2 章 毫米波WLAN 与波束管理相关技术

2.1基于中心控制的毫米波WLAN密集部署网络架构

2.2毫米波WLAN的关联接入方法

2.3 IEEE 802.11波束赋形训练与性能分析

2.3.1波束赋形流程

2.3.2波束训练相关性能分析

2.4 波束管理

2.5 本章小结

第3 章毫米波WLAN 密集场景下多STA 多AP 训练优化机制

3.1 多STA多AP训练流程

3.1.1训练方案设计

3.2训练算法与开销分析

3.3仿真结果分析

3.4 本章小结

第4 章基于多STA 多AP 训练结果的波束管理研究

4.1 基于中心控制的快速切换机制

4.1.1基于多AP多STA训练结果的快速切换机制

4.1.2系统模型

4.1.3仿真及结果分析

4.2 基于中心控制的服务波束管理机制

4.2.1问题描述与系统模型

4.2.2 基于数据迁移成本的服务波束管理方案

4.2.3 仿真结果及分析

4.3 基于中心控制的AP覆盖范围动态调整机制

4.3.1问题描述与系统模型

4.3.2基于信干噪比的动态覆盖范围调整机制

4.3.3仿真结果及分析

4.4本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文专利及科研成果