異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的接納控制與垂直切換研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，各種層出不窮的無線技術(shù)共同為用戶提供泛在、異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為實(shí)現(xiàn)未來無線通信發(fā)展的最終目標(biāo)，容納急劇增加的移動通信用戶，提供高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)，不同類型相互重疊覆蓋的各種無線網(wǎng)絡(luò)就必然要融合到一起協(xié)同工作，形成一個統(tǒng)一的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線資源管理技術(shù)的成功與否直接決定了系統(tǒng)性能，需要首先解決許多關(guān)鍵性的技術(shù)問題，本文重點(diǎn)研究了其中的接納控制技術(shù)和垂直切換技術(shù)。
　　 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)在異構(gòu)接入技術(shù)

2、、重疊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、多業(yè)務(wù)流量負(fù)載以及用戶移動性等方面的特點(diǎn)給無線資源管理帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的無線資源管理技術(shù)已經(jīng)無法滿足異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的各種需求。利用重疊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載均衡一直是研究的熱點(diǎn)問題。不同接入網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)能力和技術(shù)方面有很大區(qū)別，而終端用戶業(yè)務(wù)類型多樣化也是未來發(fā)展的一個趨勢，如何根據(jù)各接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)接納不同業(yè)務(wù)類型的用戶，在保證其服務(wù)質(zhì)量的同時最優(yōu)化無線資源的利用也是一個極具挑戰(zhàn)性的問題。此外，

3、垂直切換技術(shù)與聯(lián)合無線資源管理關(guān)系緊密，使用垂直切換技術(shù)優(yōu)化無線資源管理，提高用戶滿意度、實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡并提高系統(tǒng)吞吐量也是研究者重點(diǎn)關(guān)注的問題。認(rèn)知無線電通過支持多個空中接口和協(xié)議來提高頻譜利用率，促進(jìn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合，而接納控制技術(shù)是保證頻譜資源最優(yōu)化利用的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)。本文圍繞這些有待解決的問題和關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行如下四個方面的研究：
　　 （1）基于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的重疊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提出一種聯(lián)合垂直切換的接納控制機(jī)制。從運(yùn)營商角度出

4、發(fā)，將垂直切換作為一種無線資源管理工具來優(yōu)化聯(lián)合接納控制機(jī)制。為保證切換用戶的性能，將服務(wù)質(zhì)量參數(shù)建模為鏈路效用函數(shù)，切換信令開銷建模為代價函數(shù)，使用效用函數(shù)作為垂直切換的觸發(fā)條件。在此基礎(chǔ)上提出了聯(lián)合垂直切換的接納控制機(jī)制，并對平均網(wǎng)絡(luò)收益和阻塞率等性能指標(biāo)進(jìn)行了建模分析。仿真比較了聯(lián)合垂直切換的接納控制機(jī)制與貪婪接納控制機(jī)制和基于門限值接納控制機(jī)制的性能，考慮了實(shí)時和非實(shí)時兩種典型切換用戶類型對接納控制機(jī)制的影響，結(jié)果表明，聯(lián)合垂直

5、切換的接納控制機(jī)制能夠有效減輕網(wǎng)絡(luò)擁塞，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，提高整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的收益。
　　 （2）基于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的互補(bǔ)特性和用戶業(yè)務(wù)類型多樣化，對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中區(qū)分業(yè)務(wù)類型的聯(lián)合接納控制機(jī)制進(jìn)行研究。基于半馬爾可夫決策過程理論，提出異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中區(qū)分業(yè)務(wù)類型的接納控制理論模型，規(guī)定了不同類型業(yè)務(wù)的接納控制行為并推導(dǎo)了系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率。并進(jìn)一步從用戶角度對不同類型業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)之間關(guān)系進(jìn)行分析，提出一種基于模糊邏輯的接納效

6、用評估方法，在保證各類業(yè)務(wù)接入和切換成功率的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出接納效用最大的最優(yōu)接納控制策略。仿真結(jié)果表明，基于模糊邏輯的接納效用評估能夠有效反映網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動態(tài)變化對接納控制的影響，最優(yōu)接納控制策略在平均接納效用方面明顯優(yōu)于不考慮業(yè)務(wù)區(qū)分的接納控制機(jī)制，并且能嚴(yán)格保證各類業(yè)務(wù)的接入和切換成功率。
　　 （3）從用戶的角度出發(fā)，提出一種基于效用的垂直切換機(jī)制為用戶選擇更好的接入網(wǎng)絡(luò)以滿足其服務(wù)質(zhì)量要求，同時優(yōu)化異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)資源的使用。切

7、換過程中的性能指標(biāo)用收益函數(shù)表示，信令代價和連接的阻塞率用損失函數(shù)表示，切換過程中獲得的凈收益用利潤函數(shù)表示。垂直切換觸發(fā)規(guī)則和切換決策算法充分考慮不同類型業(yè)務(wù)的特性，并以獲得最大利潤作為決策依據(jù)。通過對實(shí)時和非實(shí)時兩類業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真，其結(jié)果表明基于效用的垂直切換機(jī)制能夠有效降低連接阻塞率和掉話率，減小切換次數(shù)，而且使用垂直切換技術(shù)可以有效提高系統(tǒng)吞吐量、實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間負(fù)載均衡。
　　 （4）在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)授權(quán)用戶的頻帶未

8、被使用時，認(rèn)知用戶將利用該頻帶進(jìn)行通信，從而提高頻帶資源的利用率，緩解日益匱乏的頻譜資源。為保證授權(quán)用戶接入成功率的同時最大化接納認(rèn)知用戶的網(wǎng)絡(luò)收益，提出一種適用于認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)接納控制機(jī)制。該機(jī)制被建模為半馬爾可夫決策過程，定義了授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的狀態(tài)空間和接納控制行為空間，推導(dǎo)了系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率和網(wǎng)絡(luò)收益函數(shù)，最后采用線性規(guī)劃算法求解最優(yōu)的接納控制策略，并證明了該算法的收斂性。仿真結(jié)果表明，相比于完全共享接納控制機(jī)制和基于門