異構(gòu)無線網(wǎng)絡中的接納控制與垂直切換研究.pdf

1、隨著無線通信技術的快速發(fā)展，各種層出不窮的無線技術共同為用戶提供泛在、異構(gòu)的網(wǎng)絡環(huán)境。為實現(xiàn)未來無線通信發(fā)展的最終目標，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)務服務，不同類型相互重疊覆蓋的各種無線網(wǎng)絡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)絡系統(tǒng)。無線資源管理技術的成功與否直接決定了系統(tǒng)性能，需要首先解決許多關鍵性的技術問題，本文重點研究了其中的接納控制技術和垂直切換技術。
　　 異構(gòu)無線網(wǎng)絡在異構(gòu)接入技術

2、、重疊網(wǎng)絡架構(gòu)、多業(yè)務流量負載以及用戶移動性等方面的特點給無線資源管理帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的無線資源管理技術已經(jīng)無法滿足異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境下的各種需求。利用重疊網(wǎng)絡架構(gòu)實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡間的負載均衡一直是研究的熱點問題。不同接入網(wǎng)絡在業(yè)務能力和技術方面有很大區(qū)別，而終端用戶業(yè)務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)絡技術特點和網(wǎng)絡狀態(tài)接納不同業(yè)務類型的用戶，在保證其服務質(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、垂直切換技術與聯(lián)合無線資源管理關系緊密，使用垂直切換技術優(yōu)化無線資源管理，提高用戶滿意度、實現(xiàn)負載均衡并提高系統(tǒng)吞吐量也是研究者重點關注的問題。認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，促進異構(gòu)無線網(wǎng)絡融合，而接納控制技術是保證頻譜資源最優(yōu)化利用的關鍵實現(xiàn)技術。本文圍繞這些有待解決的問題和關鍵技術，進行如下四個方面的研究：
　　 （1）基于異構(gòu)無線網(wǎng)絡的重疊網(wǎng)絡架構(gòu)，提出一種聯(lián)合垂直切換的接納控制機制。從運營商角度出

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)合接納控制機制。為保證切換用戶的性能，將服務質(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。在此基礎上提出了聯(lián)合垂直切換的接納控制機制，并對平均網(wǎng)絡收益和阻塞率等性能指標進行了建模分析。仿真比較了聯(lián)合垂直切換的接納控制機制與貪婪接納控制機制和基于門限值接納控制機制的性能，考慮了實時和非實時兩種典型切換用戶類型對接納控制機制的影響，結(jié)果表明，聯(lián)合垂直

5、切換的接納控制機制能夠有效減輕網(wǎng)絡擁塞，實現(xiàn)負載均衡，提高整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的收益。
　　 （2）基于異構(gòu)無線網(wǎng)絡的互補特性和用戶業(yè)務類型多樣化，對異構(gòu)無線網(wǎng)絡中區(qū)分業(yè)務類型的聯(lián)合接納控制機制進行研究?；诎腭R爾可夫決策過程理論，提出異構(gòu)無線網(wǎng)絡中區(qū)分業(yè)務類型的接納控制理論模型，規(guī)定了不同類型業(yè)務的接納控制行為并推導了系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率。并進一步從用戶角度對不同類型業(yè)務服務質(zhì)量要求和網(wǎng)絡狀態(tài)之間關系進行分析，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)務接入和切換成功率的基礎上，推導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)務區(qū)分的接納控制機制，并且能嚴格保證各類業(yè)務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制為用戶選擇更好的接入網(wǎng)絡以滿足其服務質(zhì)量要求，同時優(yōu)化異構(gòu)無線網(wǎng)絡資源的使用。切

7、換過程中的性能指標用收益函數(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)務的特性，并以獲得最大利潤作為決策依據(jù)。通過對實時和非實時兩類業(yè)務進行仿真，其結(jié)果表明基于效用的垂直切換機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可以有效提高系統(tǒng)吞吐量、實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡間負載均衡。
　　 （4）在認知無線電網(wǎng)絡中，當授權(quán)用戶的頻帶未

8、被使用時，認知用戶將利用該頻帶進行通信，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知用戶的網(wǎng)絡收益，提出一種適用于認知無線電網(wǎng)絡的最優(yōu)接納控制機制。該機制被建模為半馬爾可夫決策過程，定義了授權(quán)用戶和認知用戶的狀態(tài)空間和接納控制行為空間，推導了系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率和網(wǎng)絡收益函數(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制和基于門