大规模网络优化 

   网络优化技术是提升移动通信网络性能的关键手段。通过优化站址、频谱分配方案、切换因子、负载均衡因子、天线辐射模式、天线角度等参数配置,网络优化能够在扩大信号覆盖范围的同时有效抑制信号干扰,进而提升网络的负载均衡、接入成功率以及减少掉话率等性能指标。在实际系统中,网络优化问题面临一系列严峻挑战,包括:

   1)环境建模困难: 城市地区的复杂地形、建筑物的高密度分布及拓扑结构的多样性,给信号传播环境的建模与预测带来了极大的难度。特别是在高层建筑和地下空间,信号的传播受到建筑物遮挡、反射、衍射等因素的影响,传统的传播模型难以精确这些复杂场景。

   2)参数规模庞大:在城市环境中,通常存在数千甚至上万个基站,这些基站的参数配置相互耦合,构成了一个高度复杂的系统。随着网络规模的扩大,优化的参数维度和数量急剧增加,导致在高维参数空间中寻求最优解的计算复杂度急剧上升。

   3)用户需求动态变化:用户的行为模式和业务需求具有显著的时空动态特性,随着时间、位置和使用场景的变化,用户的需求也会随之波动。这种动态性要求网络优化算法具备实时的自适应优化能力,以快速响应用户数量和业务流量的变化,确保网络资源的合理分配并持续提供高质量的服务体验。

   网络优化是一个组合优化问题,被证明是 NP 难的。在大规模网络优化问题中,获得一个接近最优的可行解极具挑战性。当前阶段,工程师通常基于路测数据及过往经验优化网络参数。然而,这种主要依赖经验得到的解决方案,通常与最优解存在较大差距。


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图1 大规模网络优化的多智能体强化学习框架

   针对大规模网络优化,我们将其归约为多智能体间的协作博弈问题,并利用多智能体强化学习算法进行求解,在算法执行过程中辅以数学规划技术以提高学习效率,实现了低复杂度的大规模参数优化。数值实验表明,所提方案实现了万站超大区域有效覆盖率的提升。

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图2 大规模网络优化算法结果(以百站区域为例)


  公开发表论文 



  • [1] Codebook Based Antenna Configuration: A New Network Planning Paradigm for mmWave Mobile Communication Systems.
    Linzhi Shen, Yifang Zhang, and Shaowei Wang.
    IEEE Transactions on Vehicular Technology, DOI 10.1109/TVT.2023.3259435, 2023.
  • [2] Monte Carlo Tree Search for Network Planning for Next Generation Mobile Communication Networks.
    Linzhi Shen and Shaowei Wang.
    In Proceedings of the IEEE Global Communications Conference 2021 (GLOBECOM'21), Madrid, Spain, Dec. 2021.
  • [3] Efficient Remote Radio Head Switching Scheme in Cloud Radio Access Network:A Load Balancing Perspective.
    Xiaojian Lin and Shaowei Wang.
    In Proceedings of the 36th Annual IEEE International Conference on Computer Communications (INFOCOM'17), Atlanta, GA, May 2017.
  • [4] Approximation Algorithms for Cell Planning in Heterogeneous Networks.
    Wentao Zhao, Shaowei Wang, Chonggang Wang, and Xiaobing Wu.
    IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol.66, no.2, pp. 1561-1572, Feb. 2017.
  • [5] Aggregation Points Planning for Software-Defined Network Based Smart Grid Communications.
    Shaowei Wang and Xinxin Huang.
    In Proceedings of the 35th Annual IEEE International Conference on Computer Communications (INFOCOM'16), San Francisco, CA, Apr. 2016.
  • [6] Budgeted Cell Planning for Cellular Networks with Small Cells.
    Shaowei Wang, Wentao Zhao, and Chonggang Wang.
    IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol.64, no.10, pp.4797-4806, Oct. 2015.

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