多業(yè)務(wù)無線蜂窩網(wǎng)中的調(diào)度與控制算法研究.pdf

1、隨著移動應(yīng)用越來越普及，人們要求無線蜂窩網(wǎng)能夠提供的服務(wù)也越來越多樣化。下一代無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)將能夠承載多種業(yè)務(wù)——話音、視頻、圖形圖像和數(shù)據(jù)等，這些不同種類的業(yè)務(wù)具有不同的服務(wù)質(zhì)量(quality ofservice，QoS)要求，如對時延、誤比特率、數(shù)據(jù)速率的要求不同。為移動用戶提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)是未來無線通信網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展方向。無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)有兩大目標(biāo)：一是保證各類業(yè)務(wù)的QoS要求，二是使網(wǎng)絡(luò)的資源利用率達(dá)到最大，這需要借助于有效的調(diào)

2、度和業(yè)務(wù)控制策略。而無線信道具有自己的一些特殊性，例如位置相關(guān)，高誤碼率，時變特性等等。而正是由于無線信道的這些特殊性，無線調(diào)度和業(yè)務(wù)控制策略與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)相較有很多不同，并且具有更多的挑戰(zhàn)。本文從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，針對多業(yè)務(wù)無線蜂窩通信系統(tǒng)中的調(diào)度算法、呼叫接納控制算法和擁塞控制算法進(jìn)行研究。 首先作者研究了多業(yè)務(wù)無線蜂窩網(wǎng)中的調(diào)度算法。 在本文第二章中，作者針對實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)和非實(shí)時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共存的多業(yè)務(wù)無線蜂窩網(wǎng)

3、，深入研究了下行鏈路中多QoS約束下的機(jī)會調(diào)度算法。本章中針對不同QoS需求的情況，提出了多種機(jī)會調(diào)度算法。它們在保證用戶多種不同QoS需求的情況下，優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量。作者針對每類業(yè)務(wù)均具有多種長時QoS約束的一般情況，提出了基于OoS歸一化估計(jì)的機(jī)會調(diào)度算法；針對實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)短時QoS特性，提出了一種無線多媒體網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)會調(diào)度算法。 在本文第三章中，作者研究了高速上行分組接入(High Speed Uplink Package

4、Access，HSUPA)系統(tǒng)中保證QoS約束前提下，最大化系統(tǒng)吞吐量的調(diào)度問題。作者先針對HSUPA系統(tǒng)的特殊性，給出了其速率可行域。然后針對非實(shí)時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的公平性，提出了HSUPA系統(tǒng)中基于QoS約束，支持多服務(wù)類別的機(jī)會調(diào)度算法。該算法在保證業(yè)務(wù)公平性的前提下，通過利用無線信道信息，最大化系統(tǒng)吞吐量。然后在HSUPA系統(tǒng)中引入了實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)，提出了保證實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)和非實(shí)時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)QoS的機(jī)會調(diào)度算法。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和

5、實(shí)時應(yīng)用的需求，要求網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能夠跨層工作?？鐚釉O(shè)計(jì)的協(xié)議棧能在各層之間交換狀態(tài)信息，以便適應(yīng)和最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。 在本文的第四章中，作者研究了結(jié)合業(yè)務(wù)信息的跨層調(diào)度算法，在設(shè)計(jì)調(diào)度算法的時候考慮了業(yè)務(wù)的跨層信息，例如文件大小信息，用戶移動信息等。作者先提出了上行信道中結(jié)合文件大小信息的公平調(diào)度算法，在保證公平性需求的同時盡量最大化系統(tǒng)吞吐量。分別考慮了用戶無最大功率限制和用戶有最大功率限制的情況。然后作者在下行信道中提出了同時考慮

6、文件大小信息和用戶移動性的調(diào)度算法。 在本文的第五章中，作者研究了CDMA蜂窩通信網(wǎng)的多業(yè)務(wù)呼叫接納控制算法。該章中作者先針對WCDMA系統(tǒng)上行信道的特征，提出了一種基于補(bǔ)償策略的降級呼叫接納控制策略。在系統(tǒng)過載的情況下采用降級的方式分配資源，接納用戶以降低阻塞概率；當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載較輕的時候，在資源分配中采用補(bǔ)償策略以提高公平性。作者還給出了該算法的馬爾可夫鏈條模型。本章中還提出了一種適用于蜂窩CDMA系統(tǒng)的雙門限呼叫接納控制算法。

7、 本文的第六章中，作者將機(jī)會調(diào)度策略和擁塞控制策略相結(jié)合，提出了一種新的跨層優(yōu)化算法。提出的算法設(shè)計(jì)目的為保證QoS需求的同時，最大化系統(tǒng)性能。作者將隊(duì)列長度信息引入到機(jī)會調(diào)度算法之中，以穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)中的隊(duì)列。在擁塞控制算法的設(shè)計(jì)上考慮了信道信息和隊(duì)列信息，以避免數(shù)據(jù)包丟失和隊(duì)列空置的情況。 為驗(yàn)證、評估本文所提出的各種算法的性能，作者分別編寫了調(diào)度算法、接納控制算法和擁塞控制算法的仿真軟件，并利用這些軟件考察了各種算法的性