高級無線網絡——技術及商業模式（第三版） Advanced Wireless Networks: Technology and Business Models

本書全面講解了建立5G無線網絡所需的各種技術。書中介紹了當前流行的新興無線網絡，包括ad hoc網絡、傳感器網絡、多跳蜂窩網絡、認知無線電網絡、異構網絡、自組織網絡、容遲網絡、復雜網絡、軟件定義網絡等，講解了大量的網絡技術、協議與算法；同時討論了5G無線網絡採用的新技術，如大規模MIMO技術、毫米波通信技術和雲計算等。本書還將重點討論網絡服務提供商、運營商、監管機構及學術界關註的各種商業模式。

目 錄
第1章 概述——高級無線網絡的廣義模型 1
1.1 網絡模型 2
1.1.1 節點滲透 2
1.1.2 鏈路滲透——認知鏈路 3
1.2 網絡連通性 4
1.3 具有小世界特性的無線網絡設計 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 廣義網絡模型 10
1.6 s網格網絡的路由協議 11
1.6.1 特定應用路由協議 13
1.7 網絡性能 13
1.7.1 平均路徑長度 14
1.7.2 分簇 14
1.8 節點、路由、拓撲和網絡健壯性 14
1.9 功耗 15
1.10 協議的復雜度 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 網絡健壯性 18
1.11.5 功耗 19
1.11.6 協議的復雜度 20
1.12 本書概覽 22
1.12.1 第1章：概述——高級無線網絡的廣義模型 22
1.12.2 第2章：自適應網絡層 22
1.12.3 第3章：移動性管理 22
1.12.4 第4章：ad hoc網絡 22
1.12.5 第5章：傳感器網絡 22
1.12.6 第6章：安全 22
1.12.7 第7章：網絡經濟學 22
1.12.8 第8章：多跳蜂窩網絡 23
1.12.9 第9章：認知網絡 23
1.12.10 第10章：隨機幾何 23
1.12.11 第11章：異構網絡 23
1.12.12 第12章：接入點選擇 23
1.12.13 第13章：自組織網絡 23
1.12.14 第14章：復雜網絡 24
1.12.15 第15章：大規模MIMO系統 24
1.12.16 第16章：網絡優化理論 24
1.12.17 第17章：網絡信息論 24
1.12.18 第18章：高級網絡架構的穩定性 24
1.12.19 第19章：多運營商頻譜共享 24
1.12.20 第20章：大規模網絡和均場理論 24
1.12.21 第21章：毫米波網絡 25
1.12.22 第22章：無線網絡中的雲計算 25
1.12.23 第23章：無線網絡和匹配理論 25
1.12.24 第24章：動態無線網絡基礎設施 25
附錄A.1 25
參考文獻 26
第2章 自適應網絡層 28
2.1 圖和路由協議 28
2.2 圖論 43
2.3 拓撲聚合路由 45
2.3.1 網絡和聚合模型 46
參考文獻 48
第3章 移動性管理 52
3.1 蜂窩網絡 52
3.1.1 蜂窩網絡中的移動性管理 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無線網絡中的WATM切換管理 69
3.1.5 衛星網絡的移動性管理 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絡中的移動性預測 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網絡 99
4.1 路由協議 99
4.1.1 ad hoc路由協議 100
4.1.2 反應式協議 104
4.2 混合路由協議 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 分簇算法 127
4.6 路由的實現方案 135
4.7 分佈式QoS路由 141
4.7.1 轉發收到的令牌 144
4.7.2 帶寬限制路由 144
參考文獻 148
第5章 傳感器網絡 151
5.1 引言 151
5.2 傳感器網絡參數 152
5.3 傳感器網絡架構 154
5.3.1 物理層 155
5.3.2 數據鏈路層 155
5.3.3 網絡層 157
5.3.4 傳輸層 160
5.3.5 應用層 161
5.4 移動傳感器網絡部署 162
5.5 定向擴散 164
5.6 無線傳感器中的聚合 167
5.7 邊界估計 170
5.7.1 ?中遞歸二元分區(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 傳感器網絡中的最佳傳輸半徑 176
5.9 數據漏鬥 180

5.10 傳感器網絡中的等效傳輸控制協議 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 規範認證協議 193
6.2 安全架構 195
6.3 密鑰管理 198
6.4 ad hoc網絡中的安全性 201
6.4.1 自組織公鑰管理 204
6.5 傳感器網絡中的安全性 205
參考文獻 207
第7章 網絡經濟學 209
7.1 網絡經濟學基礎 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 帶寬拍賣 216
7.1.10 投資 217
7.2 無線網絡微觀經濟學：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 網絡和定價模型 224
7.3.2 頻譜定價優化 224
7.3.3 分佈式解決方案 227
7.3.4 分佈式定價模型的穩定性 228
7.4 序列頻譜共享 230
7.4.1 序列頻譜共享和相關市場模型 230
7.4.2 迭代協商算法 233
7.5 數據計劃交易 236
7.5.1 用戶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 多跳蜂窩網絡 244
8.1 多跳、多運營商、多技術無線網絡建模 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 有限乾擾路由/調度 249
8.5 m3路由發現協議的性能 251
8.6 協議的復雜度 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路由發現協議的容量和吞吐量 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 認知網絡 266
9.1 技術背景 266
9.1.1 基本原理 266
9.1.2 網絡層和傳輸層協議 267
9.2 多跳認知網絡頻譜拍賣 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 多跳認知蜂窩網絡中的復合拍賣 279
9.3.1 網絡模型 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劃 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 多層蜂窩網絡 304
參考文獻 306
第11章 異構網絡 310
11.1 預備工作 310
11.2 自組織小型蜂窩網絡 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 動態網絡架構 316
11.3.1 系統模型 316
11.3.2 最佳網絡架構 319
11.3.3 最優拓撲的動態跟蹤 324
11.3.4 性能圖解 328
11.4 異構網絡經濟學 333
11.4.1 僅宏蜂窩服務 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 飛蜂窩頻率復用 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 網絡選擇博弈 346
12.3 聯合AP選擇和功率分配 349
12.3.1 單AP網絡 350
12.3.2 聯合AP選擇和功率控制 352
12.3.3 分佈式算法 353
12.4 聯合AP選擇和波束成形優化 356
12.4.1 網絡模型 356
參考文獻 365
第13章 自組織網絡 368
13.1 自組織網絡優化 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 復雜網絡 374
14.1 大規模網絡的演進趨勢 374
14.1.1 網絡類型 374
14.2 網絡特性 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 理想通道狀態信息的優化 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 網絡優化理論 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 效用最優MAC協議/社交最優 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分配 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 網絡信息論 429
17.1 ad hoc網絡容量 429
17.1.1 任意網絡 429
17.1.2 隨機網絡 430
17.1.3 任意網絡：傳輸容量的上限 431
17.1.4 任意網絡：傳輸容量的下限 434
17.1.5 隨機網絡：吞吐量的下限 435
17.2 信息論和網絡架構 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網絡中的協作傳輸 444
參考文獻 449
第18章 高級網絡架構的穩定性 451
18.1 協作認知無線網絡的穩定性 451
18.2 系統模型 452
18.2.1 網絡架構 452
18.2.2 通道 453
18.2.3 協作通信 453
18.3 系統優化 455
18.4 最優控制策略 456
18.5 可實現速率 458
18.5.1 協作通信網絡的穩定域 458
18.5.2 非協作通信網絡的穩定域 460
18.6 穩定傳輸策略 461
18.6.1 網絡參數 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 多運營商頻譜共享 468
19.1 頻譜共享的商業模式 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 多跳網絡中的頻譜共享 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 大規模網絡和均場理論 509
20.1 用於大型異構蜂窩網絡的均場理論 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 乾擾平均估計 512
20.2 大型網絡模型壓縮 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中自適應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 無尺度隨機網絡的均場理論 541
20.5.1 網絡模型 541
20.5.2 Barabasi的無尺度模型 542
20.5.3 均場網絡模型 544
20.5.4 不完全BA模型 544
20.6 頻譜共享和均場理論 547
20.6.1 使用均場理論的最優無線服務提供商選擇策略 547
20.6.2 終端數量有限的無線服務提供商選擇策略 548
20.7 復雜系統的動態建模 548
20.7.1 動態系統模型 549
20.7.2 網絡的出生-死亡模型 553
20.7.3 網絡重新佈局 554
20.7.4 多時間尺度系統優化 555
附錄A.20 求解非線性ODE系統的迭代算法(DiNSE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 毫米波網絡 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 網絡模型 561
21.1.3 網絡性能 564
21.1.4 密集毫米波網絡的性能 567
21.2 動態毫米波網絡的微觀經濟學 568
21.2.1 動態小型蜂窩網絡 568
21.2.2 動態小型蜂窩網絡模型 569
21.2.3 動態小型蜂窩網絡性能 569
參考文獻 575
第22章 無線網絡中的雲計算 578
22.1 技術背景 578
22.2 系統模型 579
22.3 系統優化 582
22.4 動態控制算法 584
22.4.1 終端資源分配 584
22.4.2 服務器資源分配 586
22.5 可實現速率 586
22.5.1 終端可支持的輸入速率區域 586
22.5.2 服務器可支持的輸入速率區域 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 無線網絡和匹配理論 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 多個運營商蜂窩網絡的分佈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絡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 用於無線網絡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 主動緩存算法 606
23.5 具有流量卸載的蜂窩網絡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 蜂窩網絡中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 動態無線網絡基礎設施 616
24.1 多運營商蜂窩網絡中的基礎設施共享 616
24.1.1 系統模型 617
24.1.2 基礎設施共享機制 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 網絡虛擬化 622
24.3.1 電信領域面向服務的網絡虛擬化 623
24.4 軟件定義網絡(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絡 629
24.5 SDN安全 630
24.5.1 可編程網絡中的安全性 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