PCS網絡移動性建模及資源管理.pdf

1、個人通信服務(personal communication services，PCS)通常被作為一個廣泛的概念使用，它涵蓋各種無線接入技術和個人移動服務，其最終目標是讓用戶能在任何時間、任何地點、以任何形式進行通信。隨著3G(WCDMA、cdma 2000 1xEV-DO、TD-SCDMA)、3.5G(HSDPA)、3.75G(HSUPA)無線通信網絡在世界各地的相繼開通，現在PCS網絡已經為實現這一宏偉的通信目標做好了準備。與常規(guī)的靜

2、態(tài)網絡(如公共電話網)不同，PCS網絡允許用戶動態(tài)地改變位置。當移動用戶在網絡的覆蓋范圍內漫游時，其網絡接入點也隨之變化。個人通信不可避免地引起終端移動性和個人移動性，它們給電信業(yè)務工程帶來了諸多挑戰(zhàn)。本論文圍繞與終端移動性和個人移動性密切相關的問題展開研究，包括呼叫接入控制、緩存訪問、移動性管理和建模，它們對PCS網絡的有效運行非常關鍵。 在分析PCS網絡的性能時，信道占用時間起著極為重要的作用。信道占用時間與用戶的移動性(由

3、小區(qū)駐留時間描述)及業(yè)務模型(由呼叫持續(xù)時間決定)有關。在文獻中，為了數學分析的方便和可跟蹤性，在對信道占用時間進行分析時，一般假定小區(qū)駐留時間和(或者)呼叫持續(xù)時間服從指數分布。現場測試和仿真分析表明這種指數假設對于PCS網絡不一定適用。假定小區(qū)駐留時間和呼叫持續(xù)時間均服從一般分布，本論文對新呼叫和切換呼叫的信道占用時間進行了研究。得到了新呼叫和切換呼叫信道占用時間的概率分布和數學期望的閉合解析表達式。 位置管理可以保障PCS

4、網絡的有效運行。當前的PCS網絡一般采用由源位置寄存器(home location register，HLR)和訪問位置寄存器(visitor location register，VLR)構成的兩層結構的數據庫進行位置管理。為了提升PCS網絡的性能，人們提出了一些動態(tài)位置管理方案。在這些動態(tài)方案中，基于運動量(movement-based)的方案被認為是最實際的，因為它有效、且能在現有PCS網絡的結構中很容易地實現。為了在PCS網絡中實

5、施基于運動量的方案，對該方案的性能分析是關鍵。然而，文獻中的分析大多過于簡單，對于具有HLR/VLR結構的PCS網絡不適用。這是由該問題的難度和復雜度造成的。在考慮HLR/VLR結構的條件下，Li等人和Rodriguez-Dagnino等人挑戰(zhàn)過該問題。但是，Li等人給出的開銷分析是基于小區(qū)駐留時間和位置區(qū)(locationarea，LA)駐留時間均服從指數分布的假定展開的。Rodríguez-Dagnino等人通過釋放強加于小區(qū)駐留時

6、間的指數假定，在Li等人的基礎上前進了一步。但是Li等人和Rodríguez-Dagnino等人都忽略了移動終端在LA之間移動引起的vLR位置更新。本論文拋棄那些針對小區(qū)駐留時間和LA駐留時間的限制條件，提出了一個用于研究具有HLR/VLR結構的基于運動量的位置管理方案的理論模型。該模型可以成功地刻畫移動終端在LA之間移動引起的vLR位置更新。通過利用復數分析的方法，得到了HLR和VLR位置更新所產生的信令開銷。數值分析表明，基于運動量

7、的方案的總信令開銷是運動量門限的(向下)凸函數，且對小區(qū)駐留時間和LA駐留時間的方差敏感。本論文的結果為PCS網絡中基于運動量的方案的系統(tǒng)設計和實施提供了理論指導。 在對PCS網絡中的位置管理方案進行建模和開銷分析時，服務間隔時間的概率分布是一個關鍵參數。服務間隔時間就是一個移動終端所服務的連續(xù)兩個呼入呼叫之間的時間間隔。由于熱線效應的存在，服務間隔時間不同于呼入呼叫的到達間隔時間。文獻中對位置管理的開銷分析大多忽略了熱線效應，

8、即，將服務間隔時間等同于呼叫到達間隔時間，其中的原因在于當考慮熱線效應時，缺乏關于服務間隔時間分布的理論結果。假定呼叫持續(xù)時間和呼入呼叫到達間隔時間均服從一般分布，本論文提出了研究熱線效應對服務間隔時間的影響的理論模型，得到了服務間隔時間的分布的閉合解析表達式。數值分析表明，服務間隔時間和到達間隔時間之間存在差異，服務間隔時間的均值對呼叫持續(xù)時間和到達間隔時間的方差敏感。基于服務間隔時間的理論結果，進一步分析了熱線效應對PCS網絡中終端

9、移動建模的影響。得到了移動終端在服務間隔時間內所穿過的小區(qū)數的概率分布的解析表達式。理論結果和數值分析均表明，熱線效應對移動終端在服務間隔時間內穿越的小區(qū)數的概率分布有較大影響。因此，在對位置管理進行分析時，如果不考慮熱線效應，可能導致不可靠的結果。本論文的結果為PCS網絡中位置管理和終端移動建模提供了理論基礎。 由于多媒體業(yè)務天生的異構特性及它們對服務質量(quality of ser-vice，QoS)的不同要求，多媒體PC

10、S網絡的呼叫接入控制(call admission control，CAC)是一項艱巨的任務。由Fang首次提出的thinning方案可以應對PCS網絡中具有優(yōu)先級的多媒體業(yè)務。thinning方案的基本思想是以一定的概率來接入一個呼叫請求，該概率由小區(qū)中當前的業(yè)務狀況決定。文獻中對thinning方案的阻塞概率分析都是在假定所有類型的業(yè)務占用相同的信道數、具有相同的平均信道占用時間的條件下進行的。然而，這些過于簡單的假設對于PCS網絡

11、未必適用，因為多媒體業(yè)務的移動模型和數據速率彼此區(qū)別，另外，即使是屬于同一業(yè)務類型的新呼叫和切換呼叫的信道占用時間也不一定相同。本論文釋放這些文獻中的嚴格限制條件，在更一般、更真實的環(huán)境下研究thinning方案。假定不同的業(yè)務可以有任意的信道帶寬需要和平均信道占用時間，本論文對thinning方案的兩個變體進行了分析，利用多唯馬爾科夫鏈理論，得到了thinning方案的阻塞性能。數值分析表明，通過仔細地選取相關的參數，thinning

12、方案可以在保障多媒體業(yè)務的QoS的同時將系統(tǒng)容量最大化?；趖hinning方案，可以為多媒體無線網絡設計出新的CAC策略。 在無線數據網絡中，如WAP系統(tǒng)，緩存的數據可能對時間敏感，在這種情況必須保持緩存數據的強一致性，即，WAP手機所使用的數據必須與源服務器上的數據保持一致(strong consistency)。本論文提出一種面向無線數據網絡的強一致性緩存數據訪問方案，稱為probability-based callbac

13、k(簡稱pCB)。在pEB方案中，當數據更新發(fā)生時，服務器所采取的動作不再是確定的；服務器要么將客戶緩存的數據無效化，要么將更新后的數據發(fā)送給客戶。pCB方案可以在通信開銷和訪問延遲之間做出折衷，這一點對于已有的緩存訪問算法很困難。除此之外，pCB方案還具有良好的通用性，可應對無線網絡及其應用的天生的異構特性。本論文對pCB方案進行了理論建模。假定訪問間隔時間和更新間隔時間均服從一般分布，得到了每個數據單元訪問的平均通信開銷和平均訪問延