寬帶無線多媒體網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)帶寬分配與QoS研究.pdf

1、隨著無線通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們獲得的移動(dòng)服務(wù)越來越普及，越來越多樣化，下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)將承載話音、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務(wù)，如何保證多用戶、多業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）是無線網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)至關(guān)重要的問題。在另一方面，為了保證多業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，常常以降低帶寬利用率為代價(jià)。眾所周知，在無線網(wǎng)絡(luò)中，帶寬資源是一個(gè)十分寶貴的資源。迫切需要一種有效的帶寬分配機(jī)制，對(duì)這兩個(gè)相互沖突的目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡：在保證多業(yè)務(wù)對(duì)服務(wù)質(zhì)量（QoS）不同需求的前提下，盡可能

2、充分地利用無線帶寬資源。在本文，我們將探討：在無線多媒體蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，保證多業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的帶寬分配動(dòng)態(tài)方法。分成兩大部分：第一個(gè)部分研究基于呼叫連接級(jí)的動(dòng)態(tài)呼叫接納控制策略，這是粗粒度的帶寬分配；第二個(gè)部分研究基于PDU級(jí)的自適應(yīng)的帶寬分配，屬于細(xì)粒度的帶寬分配。兩者均是針對(duì)無線多業(yè)務(wù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的QoS控制：前者保證呼叫切換中斷概率的服務(wù)質(zhì)量，后者保證呼叫的時(shí)延、抖動(dòng)、吞吐量。在此前提下，實(shí)現(xiàn)帶寬資源的充分利用。在第一部分中，我們側(cè)重于

3、將自適應(yīng)和動(dòng)態(tài)的方法，應(yīng)用于多業(yè)務(wù)無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)呼叫接納控制中。新一代無線網(wǎng)絡(luò)將能承載多媒體業(yè)務(wù)，在蜂窩小區(qū)越來越小，切換越來越頻繁的趨勢(shì)下，急需一種有效的呼叫接納控制策略來保證無線多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)又能保證無線帶寬的利用率。傳統(tǒng)的靜態(tài)策略GC（保護(hù)信道策略），不能適應(yīng)流量模式的變化，動(dòng)態(tài)的方法利用傳統(tǒng)的生滅過程理論，能適應(yīng)流量模式的變化，但只能用于單業(yè)務(wù)，在多業(yè)務(wù)環(huán)境下，各業(yè)務(wù)的流量模式、呼叫占用信道、QoS需求各不相同，實(shí)際上

4、是一個(gè)混雜多類業(yè)務(wù)的廣義生滅系統(tǒng)。難以用傳統(tǒng)的生滅過程理論加以解決。本文在第一部分的主要工作如下：首先，提出針對(duì)多業(yè)務(wù)的參數(shù)合并方法和參數(shù)合并理論。通過建立一個(gè)偽隨機(jī)生滅模型，將多維的隨機(jī)生滅過程轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)的一維生滅過程問題，并且從理論上證明：轉(zhuǎn)化后（一維空間）的呼叫中斷概率CDP近似計(jì)算值不大于實(shí)際值，而且近似相等。這一定量結(jié)果為嚴(yán)格的QoS隨機(jī)控制帶來方便：只要使得該近似值小于預(yù)定的呼叫中斷概率CDP上限值，就能保證實(shí)際的呼叫中斷概

5、率CDP嚴(yán)格滿足QoS要求。而且在寬帶條件下，其近似程度更好，控制精度也更高。這一研究方法和偽隨機(jī)生滅模型具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，可以適用于其它類似的多維隨機(jī)生滅問題之中。第二，在此理論基礎(chǔ)上，利用參數(shù)合并法，將單業(yè)務(wù)的隨機(jī)控制算法推廣到多業(yè)務(wù)，提出了多業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)呼叫接納算法MDCA。相對(duì)于傳統(tǒng)的靜態(tài)GC策略，更能適應(yīng)未來無線多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)流量模式的變化，更加穩(wěn)定。相對(duì)于傳統(tǒng)的多業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)算法，我們的瞬時(shí)概率分布比平穩(wěn)概率分布的時(shí)效性、精確性和健壯

6、性大大提高。第三，我們?cè)谇懊嫜芯康幕A(chǔ)上對(duì)模型中影響控制精度的邊界條件進(jìn)行了研究，因?yàn)?，控制的關(guān)鍵區(qū)域在于信道占用滿的上邊界區(qū)域。而在該區(qū)域合并參數(shù)，顯然不同于其它區(qū)域，我們依據(jù)參數(shù)合并理論給出了一般的線條合并方法，加以計(jì)算，進(jìn)一步提高了控制的精度。第四，我們研究無參數(shù)合并的動(dòng)態(tài)呼叫接納控制策略，研究了含有占用信道為1，2，3的三種業(yè)務(wù)的特例，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，求出了狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的一般形式，利用迭代方法，在降低計(jì)算復(fù)雜度的前提下，達(dá)到控制

7、精度優(yōu)化的呼叫接納控制策略。由于我們的方法考慮了相鄰或相近小區(qū)的影響，并采用動(dòng)態(tài)的隨機(jī)控制，因此更能有效地、穩(wěn)定地將小區(qū)的呼叫中斷概率控制在預(yù)先給的一個(gè)QoS限定值之下，同時(shí)又保持了較高的帶寬利用率。在第二部分，我們研究了基于PDU級(jí)的帶寬分配方法，并提出了一個(gè)結(jié)合插值預(yù)測的方法，傳統(tǒng)的方法直接根據(jù)帶寬申請(qǐng)的值進(jìn)行帶寬分配，由于有時(shí)延的影響，很難避免帶寬分配中存在的多分配和少分配的情況，降低了帶寬的利用率。為了克服此缺點(diǎn)，我們使用自適應(yīng)