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异构无线网络的联合资源管理技术

邴红艳  
【摘要】: 未来无线网络是一种基于全IP技术的无缝融合异构系统,支持多种无线接入技术和漫游功能。在此异构网络体系中,不同无线接入网络在业务能力和技术方面有很大的区别,为了提供给移动用户无时无刻、无所不在的网络接入服务,需要先进的管理机制和策略整合当前的各种无线网络系统,实现无缝融合。实现异构无线网络的融合是一个非常复杂的系统工程,其中无线资源管理机制的成功与否直接决定了系统性能,需要首先解决许多关键性的技术问题,研究满足各个异构网络特性的联合控制技术。 目前,异构无线网络的资源管理技术已成为热点研究领域。一些研究机构、项目组织都开展了相关的关键性技术研究,如异构系统集成机制、联合无线资源管理、网络间负载均衡、垂直切换管理等,但是仍存在着一定不足之处,如未能提供完整的解决方案、不具备通用性等。基于此,本论文从系统、方案和算法的角度出发,以提高无线资源管理的性能和效率为目的,对异构无线网络研究领域中的联合无线资源管理,包括联合准入控制、联合负载均衡、联合切换管理等关键技术方面做了重点研究。在研究过程中,本论文主要针对几种特定的异构网络集成模式,利用交叉学科的先进方法拓展该领域的研究思路,提出或改进了几种异构网络的联合无线资源管理机制和算法,通过建立解析模型和计算机仿真的方法分析比较了相应算法的性能,所得结果对未来异构无线网络融合的最终实现具有一定参考价值和实际意义。 本文所作的几点工作如下: 一、基于系统的组成形式呈现异构性的特点,使得异构无线网络融合模型的建立和功能实体的定义成为该领域研究的出发点。本文基于现有的异构无线网络模型,详细比较其特点,分析在不同通信条件下与特定环境相匹配的异构网络结构。同时通过讨论当前联合资源管理的研究现状,分析了其特点和面临的挑战性技术问题。另外,考虑到异构网络融合是近年来的较新研究方向,缺乏可以借鉴的先验理论和算法机制,缺乏可以对网络模型、业务模型与处理资源量化的数学分析,因此本文引入交叉学科的先进方法,阐述了这些方法在异构网络中的应用,为后文无线资源管理的算法机制研究奠定了方法基础。 二、本论文针对联合无线资源管理的范畴,对联合准入控制、联合负载均衡、垂直切换依次进行了集中探讨。首先给出了一种通用的基于策略机制的联合无线资源管理架构,针对蜂窝网络融合无线局域网(WLAN)的异构系统的准入控制,提出了一种基于“多重业务区分”策略机制的联合准入控制方案,给出数学评估模型,并通过仿真进行性能验证。 三、本论文考虑到通信系统将集成多种不同的无线接入网络,提供语音、数据、多媒体等多种业务,在这样的环境里,网络用户会按照一定的标准或个人偏好来选择特定的无线接入网络承载不同的业务,由此会带来网络负荷不均的现象。本论文提出了一种基于进化博弈论的新的联合负载均衡机制,把异构网络业务分配问题宏观地归结为一个博弈过程,利用进化博弈的自学习机理实现业务合理分配的目标。 四、本论文最后还研究了异构网络的移动性管理问题,分析了异构网络移动性管理的新特点、挑战和研究现状。在设计异构网络移动性管理的机制时,必须同时考虑来自网络、用户、终端和服务等多方面因素的制约,综合运用多个因素,设计一种自适应多准则的控制判决算法。论文中针对垂直切换,首先提出一种基于两因素判决的垂直切换方案,考虑了接收信号强弱和网络负载轻重两个因素,建立数学解析模型,给出垂直切换流程,并通过计算机仿真度量了切换性能。其次,本论文针对多种子网融合的系统构架,提出一种通用的基于多因素判决的垂直切换方案,方案综合考虑了异构网络负载、接收信号强度、移动台速度和网络成本多种因素,给出原理实现框架的同时,利用智能信号处理的判决方法对多种因素的评判输入参数,进行选择决策和计算机仿真。 最后,对全文进行总结的同时,给出了下一步的研究方向。


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