高級無線網絡：技術及商業模式(第3版)

第1章 概述――高級無線網路的廣義模型 1
1.1 網路模型 2
1.1.1 節點滲透 2
1.1.2 鏈路滲透――認知鏈路 3
1.2 網路連通性 4
1.3 具有小世界特性的無線網路設計 5
1.3.1 蜂窩重組 5
1.3.2 流量分佈感知重組 7
1.3.3 多蜂窩重組 7
1.4 頻率通道備份 8
1.4.1 m / kf / s合約 9
1.4.2 隨機冗餘分配(R2A) 9
1.4.3 按需冗餘分配 9
1.5 廣義網路模型 10
1.6 s網格網路的路由式通訊協定 11
1.6.1 特定應用路由式通訊協定 13
1.7 網路性能 13
1.7.1 平均路徑長度 14
1.7.2 分簇 14
1.8 節點、路由、拓撲和網路健壯性 14
1.9 功耗 15
1.10 協議的複雜度 16
1.11 性能評估 17
1.11.1 平均路徑長度 17
1.11.2 分簇系數 18
1.11.3 節點健壯性 18
1.11.4 網路健壯性 18
1.11.5 功耗 19
1.11.6 協議的複雜度 20
1.12 本書概覽 22
1.12.1 第1章：概述――高級無線網路的廣義模型 22
1.12.2 第2章：自我調整網路層 22
1.12.3 第3章：移動性管理 22
1.12.4 第4章：ad hoc網路 22
1.12.5 第5章：感測器網路 22
1.12.6 第6章：安全 22
1.12.7 第7章：網路經濟學 22
1.12.8 第8章：多跳蜂窩網路 23
1.12.9 第9章：認知網路 23
1.12.10 第10章：隨機幾何 23
1.12.11 第11章：異構網路 23
1.12.12 第12章：接入點選擇 23
1.12.13 第13章：自組織網路 23
1.12.14 第14章：複雜網路 24
1.12.15 第15章：大規模MIMO系統 24
1.12.16 第16章：網路優化理論 24
1.12.17 第17章：網路資訊理論 24
1.12.18 第18章：高級網路架構的穩定性 24
1.12.19 第19章：多運營商頻譜共用 24
1.12.20 第20章：大規模網路和均場理論 24
1.12.21 第21章：毫米波網路 25
1.12.22 第22章：無線網路中的雲計算 25
1.12.23 第23章：無線網路和匹配理論 25
1.12.24 第24章：動態無線網路基礎設施 25
附錄A.1 25
參考文獻 26

第2章 自我調整網路層 28
2.1 圖和路由式通訊協定 28
2.2 圖論 43
2.3 拓撲聚合路由 45
2.3.1 網路和聚合模型 46
參考文獻 48

第3章 移動性管理 52
3.1 蜂窩網路 52
3.1.1 蜂窩網路中的移動性管理 53
3.1.2 位置註冊和呼叫傳遞 56
3.1.3 位置更新和終端尋呼 59
3.1.4 4G無線網路中的WATM切換管理 69
3.1.5 衛星網路的移動性管理 70
3.2 具有優先切換功能的蜂窩系統 71
3.2.1 性能示例 78
3.3 蜂窩駐留時間分佈 79
3.4 微蜂窩及微微蜂窩網路中的移動性預測 83
3.4.1 PST-QoS保證框架 84
3.4.2 最有可能的簇模型 85
附錄A.3 中間蜂窩的距離計算 91
參考文獻 96

第4章 ad hoc網路 99
4.1 路由式通訊協定 99
4.1.1 ad hoc路由式通訊協定 100
4.1.2 反應式協議 104
4.2 混合路由式通訊協定 114
4.3 可擴展路由策略 118
4.4 多路徑路由 124
4.5 分簇協議 126
4.5.1 引言 126
4.5.2 分簇演算法 127
4.6 路由的實現方案 135
4.7 分散式QoS路由 141
4.7.1 轉發收到的權杖 144
4.7.2 頻寬路由 144
參考文獻 148

第5章 感測器網路 151
5.1 引言 151
5.2 感測器網路參數 152
5.3 感測器網路架構 154
5.3.1 實體層 155
5.3.2 數據鏈路層 155
5.3.3 網路層 157
5.3.4 傳輸層 160
5.3.5 應用層 161
5.4 移動感測器網路部署 162
5.5 定向擴散 164
5.6 無線感測器中的聚合 167
5.7 邊界估計 170
5.7.1 ?中遞迴二元分區(RDP)的數量 172
5.7.2 克勞夫特不等式 172
5.7.3 可實現精度的上限 173
5.7.4 系統優化 174
5.8 感測器網路中的很好傳輸半徑 176
5.9 數據漏斗 180
5.10 感測器網路中的等效傳輸控制協定 183
參考文獻 183

第6章 安全 189
6.1 認證 189
6.1.1 攻擊簡單的加密認證 191
6.1.2 規範認證協定 193
6.2 安全架構 195
6.3 金鑰管理 198
6.4 ad hoc網路中的安全性 201
6.4.1 自組織公開金鑰管理 204
6.5 感測器網路中的安全性 205
參考文獻 207

第7章 網路經濟學 209
7.1 網路經濟學基礎 209
7.1.1 外部效應 209
7.1.2 服務定價 210
7.1.3 擁塞收費 211
7.1.4 擁塞博弈 212
7.1.5 建模服務差異化 213
7.1.6 競爭 214
7.1.7 拍賣 214
7.1.8 為QoS投標 215
7.1.9 頻寬拍賣 216
7.1.10 投資 217
7.2 無線網路微觀經濟學：贊助數據 220
7.2.1 解決方案 220
7.2.2 贊助數據模型 221
7.3 市場均衡的頻譜定價 223
7.3.1 網路和定價模型 224
7.3.2 頻譜定價優化 224
7.3.3 分散式解決方案 227
7.3.4 分散式定價模型的穩定性 228
7.4 序列頻譜共用 230
7.4.1 序列頻譜共用和相關市場模型 230
7.4.2 反覆運算協商演算法 233
7.5 數據計畫交易 236
7.5.1 使用者買賣雙方交易激勵模型的建立 237
7.5.2 ISP交易策略 240
參考文獻 241

第8章 多跳蜂窩網路 244
8.1 多跳、多運營商、多技術無線網路建模 244
8.2 技術背景 244
8.3 系統模型和表示 246
8.4 m3路由發現協議 248
8.4.1 最小距離路由 248
8.4.2 有限干擾路由/調度 249
8.5 m3路由發現協定的性能 251
8.6 協議的複雜度 252
8.7 流量卸載激勵 254
8.7.1 MNO與SSO之間的協作談判 257
8.8 性能說明 258
8.8.1 m3路由發現協議 258
8.8.2 改進的m3路由發現協定的容量和輸送量 260
8.8.3 流量卸載激勵 261
8.8.4 移動性的實現和影響 263
參考文獻 264

第9章 認知網路 266
9.1 技術背景 266
9.1.1 基本原理 266
9.1.2 網路層和傳輸層協定 267
9.2 多跳認知網路頻譜拍賣 268
9.2.1 技術背景 270
9.2.2 系統模型 270
9.2.3 啟發式真實拍賣 273
9.2.4 隨機拍賣 275
9.3 多跳認知蜂窩網路中的複合拍賣 279
9.3.1 網路模型 279
9.3.2 頻譜感知路由發現協議 282
9.3.3 聯合資源拍賣和小費計畫 284
9.3.4 基於強化學習的拍賣方案 286
9.3.5 基於小組的拍賣設計 286
9.3.6 一般場景的進一步延伸 290
9.3.7 系統性能 290
參考文獻 299

第10章 隨機幾何 301
10.1 技術背景 301
10.1.1 點過程 301
10.1.2 中斷概率 303
10.1.3 多層蜂窩網路 304
參考文獻 306

第11章 異構網路 310
11.1 預備工作 310
11.2 自組織小型蜂窩網路 311
11.2.1 技術背景 311
11.2.2 系統模型 312
11.2.3 自組織SCN 315
11.3 動態網路架構 316
11.3.1 系統模型 316
11.3.2 很好網路架構 319
11.3.3 很優拓撲的動態跟蹤 324
11.3.4 性能圖解 328
11.4 異構網路經濟學 333
11.4.1 僅巨集蜂窩服務 334
11.4.2 飛蜂窩簡介 335
11.4.3 用戶的預留收益的影響 337
11.4.4 飛蜂窩頻率複用 338
11.4.5 飛蜂窩運營成本 338
11.4.6 有限的飛蜂窩覆蓋 339
參考文獻 340

第12章 接入點選擇 344
12.1 技術背景 344
12.2 網路選擇博弈 346
12.3 聯合AP選擇和功率分配 349
12.3.1 單AP網路 350
12.3.2 聯合AP選擇和功率控制 352
12.3.3 分散式演算法 353
12.4 聯合AP選擇和波束成形優化 356
12.4.1 網路模型 356
參考文獻 365

第13章 自組織網路 368
13.1 自組織網路優化 368
13.2 系統模型 368
13.3 天線傾斜度和AP關聯的聯合優化 370
13.3.1 系統目標函數 370
13.3.2 優化問題 371
參考文獻 373

第14章 複雜網路 374
14.1 大規模網路的演進趨勢 374
14.1.1 網路類型 374
14.2 網路特性 377
14.3 隨機圖 380
參考文獻 382

第15章 大規模MIMO系統 384
15.1 線性預編碼的多蜂窩下行鏈路系統 385
15.1.1 技術背景 385
15.2 系統模型 387
15.2.1 通道不確定性建模 388
15.2.2 隨機優化 389
15.3 理想通道狀態資訊的優化 389
15.4 WSRM問題的健壯性設計 391
15.4.1 近似方案1 392
15.4.2 近似方案2 394
附錄A.15 399
附錄B.15 399
參考文獻 401

第16章 網路優化理論 403
16.1 引言 403
16.2 分層優化分解 403
16.2.1 TCP擁塞控制 404
16.2.2 TCP Reno/RED 405
16.2.3 TCP Vegas/DropTail 405
16.2.4 MAC協議優化 406
16.2.5 效用很優MAC協議/社交很優 408
16.3 跨層設計 410
16.3.1 擁塞控制和路由 410
16.3.2 擁塞控制和物理資源配置 413
16.3.3 擁塞和競爭控制 415
16.3.4 擁塞控制、路由和調度 417
16.4 優化問題分解方法 419
16.4.1 耦合約束解耦 419
16.4.2 基本NUM對偶分解 419
16.4.3 耦合約束 422
16.4.4 解耦耦合目標 422
16.4.5 替代分解 424
參考文獻 426

第17章 網路資訊理論 429
17.1 ad hoc網路容量 429
17.1.1 任意網路 429
17.1.2 隨機網路 430
17.1.3 任意網路：傳輸容量的上限 431
17.1.4 任意網路：傳輸容量的下限 434
17.1.5 隨機網路：輸送量的下限 435
17.2 資訊理論和網路架構 438
17.2.1 高衰減下的上限 440
17.2.2 高衰減下的多跳和可行下限 441
17.3 無線多跳ad hoc網路中的協作傳輸 444
參考文獻 449

第18章 高級網路架構的穩定性 451
18.1 協作認知無線網路的穩定性 451
18.2 系統模型 452
18.2.1 網路架構 452
18.2.2 通道 453
18.2.3 協作通信 453
18.3 系統優化 455
18.4 很優控制策略 456
18.5 可實現速率 458
18.5.1 協作通信網路的穩定域 458
18.5.2 非協作通信網路的穩定域 460
18.6 穩定傳輸策略 461
18.6.1 網路參數 461
18.6.2 靜態傳輸策略 462
18.6.3 STAT策略的Lyapunov漂移分析 462
18.6.4 動態傳輸策略的穩定性 465
參考文獻 466

第19章 多運營商頻譜共用 468
19.1 頻譜共用的商業模式 468
19.1.1 技術背景 468
19.1.2 多運營商合作模型 470
19.1.3 系統性能 476
19.1.4 性能圖示 486
19.2 多跳網路中的頻譜共用 492
19.2.1 多運營商合作模型 493
19.2.2 系統分析 495
19.2.3 系統性能 503
參考文獻 507

第20章 大規模網路和均場理論 509
20.1 用於大型異構蜂窩網路的均場理論 509
20.1.1 系統模型 509
20.1.2 宏基站(MBS)優化問題 510
20.1.3 微基站(FBS)中的均場博弈 511
20.1.4 干擾平均估計 512
20.2 大型網路模型壓縮 513
20.2.1 模型定義 513
20.2.2 均場分析 515
20.3 大規模DTN的均場理論模型 515
20.4 組播DTN中自我調整感染恢復的均場建模 520
20.4.1 技術背景 520
20.4.2 系統模型 522
20.4.3 組播DTN的恢復方案 524
20.4.4 系統性能 528
20.4.5 模型的擴展和實現問題 529
20.4.6 圖示 532
20.5 無尺度隨機網路的均場理論 541
20.5.1 網路模型 541
20.5.2 Barabasi的無尺度模型 542
20.5.3 均場網路模型 544
20.5.4 不接近BA模型 544
20.6 頻譜共用和均場理論 547
20.6.1 使用均場理論的很優無線服務提供者選擇策略 547
20.6.2 終端數量有限的無線服務提供者選擇策略 548
20.7 複雜系統的動態建模 548
20.7.1 動態系統模型 549
20.7.2 網路的出生-死亡模型 553
20.7.3 網路重新佈局 554
20.7.4 多時間尺度系統優化 555
附錄A.20 求解非線性ODE系統的反覆運算演算法(DiNSE演算法) 556
附錄B.20 DNCM的目的地感染率 557
附錄C.20 基本流行病感染率 557
參考文獻 557

第21章 毫米波網路 560
21.1 子蜂窩結構中的毫米波技術 560
21.1.1 毫米波技術的局限性 560
21.1.2 網路模型 561
21.1.3 網路性能 564
21.1.4 密集毫米波網路的性能 567
21.2 動態毫米波網路的微觀經濟學 568
21.2.1 動態小型蜂窩網路 568
21.2.2 動態小型蜂窩網路模型 569
21.2.3 動態小型蜂窩網路性能 569
參考文獻 575

第22章 無線網路中的雲計算 578
22.1 技術背景 578
22.2 系統模型 579
22.3 系統優化 582
22.4 動態控制演算法 584
22.4.1 終端資源配置 584
22.4.2 伺服器資源配置 586
22.5 可實現速率 586
22.5.1 終端可支援的輸入速率區域 586
22.5.2 伺服器可支援的輸入速率區域 587
22.6 穩定控制策略 588
22.6.1 Lyapunov漂移 588
22.6.2 隨機固定策略 589
22.6.3 基於幀的策略 589
22.6.4 動態控制策略 591
參考文獻 592

第23章 無線網路和匹配理論 594
23.1 技術背景：匹配市場 594
23.1.1 雙邊匹配 594
23.1.2 單邊匹配 597
23.2 多個運營商蜂窩網路的分散式穩定匹配與流量卸載 598
23.2.1 系統模型 598
23.2.2 提出問題 599
23.3 具有流量卸載的蜂窩網路的大學入學博弈模型 600
23.3.1 系統模型 601
23.3.2 類比大學入學匹配的接入點選擇問題 602
23.4 用於無線網路緩存的多對多匹配博弈 604
23.4.1 系統模型 604
23.4.2 主動緩存和匹配理論 605
23.4.3 主動緩存演算法 606
23.5 具有流量卸載的蜂窩網路中外部性的多對一匹配 607
23.5.1 系統模型 607
23.5.2 將卸載蜂窩關聯作為具有外部性的匹配博弈 609
23.6 蜂窩網路中D2D對的匹配安全性 611
23.6.1 系統模型 611
23.6.2 真正偏好 612
23.6.3 作弊：聯盟策略 613
參考文獻 614

第24章 動態無線網路基礎設施 616
24.1 多運營商蜂窩網路中的基礎設施共用 616
24.1.1 系統模型 617
24.1.2 基礎設施共用機制 617
24.2 用戶提供的連接 619
24.2.1 系統模型 620
24.2.2 總體服務價值 621
24.3 網路虛擬化 622
24.3.1 電信領域面向服務的網路虛擬化 623
24.4 軟件定義網路(SDN) 625
24.4.1 當前的SDN架構 626
24.4.2 SDN架構的組件 627
24.4.3 SDN的控制模型 628
24.4.4 SDN和基於基礎設施的無線接入網路 629
24.5 SDN安全 630
24.5.1 可程式設計網路中的安全性 630
24.5.2 SDN中的安全威脅 631
24.5.3 SDN的安全解決方案 631
參考文獻 632