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基于智能控制理论的无线网络QoS支持机制的研究

夏巍  
【摘要】:随着移动通信技术和Internet的迅猛发展,为移动用户提供随时、随地、任 何形式的信息服务已成为技术研究的一大热点。未来的移动通信网络将采用全IP 分组网络作为核心网,使用不同的无线接入和有线接入方式实现互联与融合,共 同支持语音、数据、图象、E—mail、移动多媒体以及移动互联接入等多种业务。 为了实现对多种业务的支持,要求新一代移动通信网络能够采取一系列的质量控 制措施,保证各项业务的服务质量QoS(Quality of Service),并在共享同一资 源的业务之间合理分配可用资源,实现资源利用最大化。由于不同类型的业务, 具有完全不同的服务质量QoS需求,如不同的误码率、传输速率、时延限制以及 无线资源需求。怎样在未来的移动通信网络上同时支持多种业务类型,保证每项 服务都达到性能要求,成了QoS控制所必须解决的问题,它涉及网络的各个子层。 相对于有线网络,无线网络主要面临两大问题:(1)由于频率资源受限,可用 带宽波动,在满足各项业务QoS的前提下,必须最大程度地提高无线资源利用率, 同时保证系统的稳定性;(2)由于无线信号衰落、多径效应、切换等多种因素的影 响,会造成高误码,严重地影响了传输的可靠性,降低了传输质量和系统性能。 因此,大量有关无线网络QoS支持技术的研究,在接入网络部分主要侧重于有效 的无线资源控制机制,在核心网络部分则注重于提供可靠的传输保障机制。 在第三代移动通信网络中,其无线链路都采用的是CDMA制式,快速精确的功 率控制技术和接纳控制技术,是提高频谱资源利用率,保证系统稳定运行的关键, 也是一种非常有效的解决QoS支持问题的方法。另一方面,由于未来的移动通信 网络是全IP网络,IP网络是面向无连接网络,其传输可靠性无法得到保证。而目 前的Internet网络是以TCP/IP协议为基础,TCP在无线网络中的性能对于未来的 移动用户至关重要,而它的性能越来越依靠于TCP/IP的拥塞控制机制。拥塞是影 响数据传输,造成延时、抖动等业务质量指标下降以及带宽、缓存等网络资源利 用率降低的关键因素。因此,解决无线网络的资源控制、拥塞控制等一系列复杂 问题,满足不同业务类型的QoS需求,不仅是个核心问题,也是一个非常困难的 问题,引起了人们广泛的关注。 近些年快速发展起来的智能控制理论和技术,主要用来解决那些用传统方法 难以解决的复杂控制问题。智能控制技术主要包括神经网络、模糊逻辑、专家控 制、遗传算法等几个较为成熟的方法体系。人们开始从不同的方面将智能控制理 论应用于对网络的控制中。本文以智能控制理论为基础,针对无线网络中的带宽 资源受限、传输信道时变、误码率高的特点,从网络的不同层面,研究无线网络 的QoS支持问题:(1)首先,基于神经网络技术,在物理层提出了一种支持QoS的 混合神经网络反向链路功率控制算法,它以不同业务需求的目标误帧率为指标, 实时检测链路的误码状况,采用不同的神经网络模型,分别控制SIR目标值和移


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