異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源管理中接入控制策略的研究.pdf

1、隨著無線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，出現(xiàn)了多種無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)、無線個人網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)等，于此同時用戶終端設(shè)備的無線接入能力也在不斷擴充，出現(xiàn)了許多支持接入多種制式網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備。同一個終端設(shè)備在相同的時間點及相同的地理位置上，往往處于一個異構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)復(fù)合環(huán)境之中，大大增加了用戶在任一時間、任一地點接入網(wǎng)絡(luò)的能力，同時也給網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)資源的管理上帶來了許多新的挑戰(zhàn)。如何利用異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的互補性，使得各個

2、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間形成有機聯(lián)系的整體，充分共享各個無線網(wǎng)絡(luò)的資源，聯(lián)合起來給用戶提供任意獨立的無線網(wǎng)絡(luò)所無法企及的更加優(yōu)異透明的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，成為了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中亟需解決的問題。
　　 本文利用概率論、動態(tài)規(guī)劃、隨機最優(yōu)控制等研究方法和理論，圍繞異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)資源的定價問題以及接入控制問題進行了深入的研究。首先分析了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)授權(quán)用戶（主用戶）和非授權(quán)用戶（次用戶）的動態(tài)定價問題，然后提出了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于定價的靜態(tài)概率接入控制

3、問題，最后針對系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)同次用戶接入概率呈非線性函數(shù)的情況，提出了基于網(wǎng)絡(luò)負載狀態(tài)的動態(tài)隨機接入控制策略，達到了提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率、增加系統(tǒng)綜合收益的目的。
　　 論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 一、在研究異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的定價問題時，首次將單個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)主用戶和次用戶時的最優(yōu)定價問題拓展到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系中，并通過隨機動態(tài)規(guī)劃解決了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于系統(tǒng)狀態(tài)的最優(yōu)定價問題。實驗仿真表明，合理地降低主用戶被拒絕服務(wù)損失可以鼓勵

4、次用戶的接入請求并提高系統(tǒng)的凈收益，在與以往學(xué)者研究的最優(yōu)定價策略進行比較時，本文的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)定價策略顯著地提高了系統(tǒng)資源的利用效率，系統(tǒng)綜合收益上升了11％。
　　 二、為解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)合接入控制實體在面對次用戶接入請求時的接入策略問題，本文分析了對于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)各個無線網(wǎng)絡(luò)的不同接入概率對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量以及系統(tǒng)最終收益的影響，并將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)定價問題同聯(lián)合接入控制策略問題相結(jié)合，通過隨機動態(tài)規(guī)劃建模求解出系統(tǒng)在服務(wù)次用戶時選

5、擇宿主網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)接入概率。實驗結(jié)果表明，在執(zhí)行最優(yōu)接入概率的情況下各個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的用戶被拒絕服務(wù)率得到了有效的控制，網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率得到了進一步的提高。在同其他聯(lián)合接入控制算法的比較中，本算法使得系統(tǒng)凈收益提高了至少10％以上，同時次用戶用戶的接入統(tǒng)計數(shù)提高了20％。
　　 三、針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)負載狀態(tài)的確定性聯(lián)合接入控制算法，本文通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移收益函數(shù)與接入概率呈非線性關(guān)系時，傳統(tǒng)的確定性接入控制方法已經(jīng)不

6、能夠使系統(tǒng)收益最大化，即在各個網(wǎng)絡(luò)負載狀態(tài)下次用戶選擇宿主網(wǎng)絡(luò)的行為不應(yīng)該是確定性的。本文基于網(wǎng)絡(luò)負載狀態(tài)的動態(tài)接入控制方法，提出一種新穎的動態(tài)隨機接入控制策略，即次用戶接入異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各個獨立網(wǎng)絡(luò)的概率會隨著接入時刻不同而發(fā)生變化，該策略為系統(tǒng)的每一個狀態(tài)都在一個接入概率空間中求得一個最優(yōu)接入概率。實驗數(shù)據(jù)表明，動態(tài)隨機接入控制策略可以靈活的配置系統(tǒng)資源，使得非授權(quán)用戶按照期望的方式合理地分布在各個網(wǎng)絡(luò)中，顯著地提高系統(tǒng)收益。

7、>　　 四、在前面的研究內(nèi)容中，網(wǎng)絡(luò)模型均假設(shè)系統(tǒng)各個異構(gòu)的子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部主用戶到達過程是相互獨立且速率固定的泊松過程，然而在實際的網(wǎng)絡(luò)場景中，主用戶的到達速率往往隨著時間的推移而發(fā)生不可預(yù)知的變化。本文基于第三章和第四章的接入控制算法，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合接入控制實體中引入用戶到達速率自適應(yīng)的算法，保證系統(tǒng)能夠及時根據(jù)主用戶到達速率的變化調(diào)整接入控制策略以及網(wǎng)絡(luò)資源的租賃價格，盡可能得使得系統(tǒng)收益最大化，實現(xiàn)了對上述兩種算法的進一步優(yōu)化。在