異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中資源管理研究.pdf

1、隨著業(yè)務(wù)需求的快速增長,多種無線技術(shù)飛速發(fā)展,異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為未來無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。資源管理對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的融合和協(xié)作有著重要意義。在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中,首先面臨的是選擇接入控制方式的問題,選擇單個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入(單接入)還是選擇多個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)接入(多接入)。不同的接入控制方式將對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的融合和資源管理產(chǎn)生不同的影響。同時(shí),由于接入控制方式的不同,對應(yīng)的業(yè)務(wù)分配算法也會(huì)造成很大的不同,這些問題都是異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)資源管理中重要的研究內(nèi)容。<

2、br>　　因此,本文將圍繞異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)資源管理中的接入控制與業(yè)務(wù)分配問題展開研究,首先以接入控制方式為切入點(diǎn),分析對比不同接入控制方式對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)性能的影響,繼而研究多接入方式下的業(yè)務(wù)分配算法,最后對異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于干擾協(xié)調(diào)的負(fù)載分配問題進(jìn)行了探討。
　　在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“無線網(wǎng)絡(luò)的干擾管理與容量研究”(61231008),國家973重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃課題“智能的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)資源管理模型與控制機(jī)制研究”(2009CB3

3、20404),國家自然科學(xué)基金(61102057),長江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(IRT0852)和高等學(xué)校創(chuàng)新引智計(jì)劃(B08038)的共同資助下,本文對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的資源管理中的接入控制方式和業(yè)務(wù)分配算法以及與其息息相關(guān)的干擾管理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。具體內(nèi)容如下:
　　1、針對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中選擇接入控制方式的問題,分析了三種接入控制方式,網(wǎng)絡(luò)選擇、分集多種無線接入和并行多種無線接入對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合性能的影響,其中網(wǎng)絡(luò)選擇指選擇

4、速率最大的單個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入;聚合(分集)多種無線接入指復(fù)制相同的數(shù)據(jù)流分配到不同的網(wǎng)絡(luò)中傳輸;并行(復(fù)用)多種無線接入指將數(shù)據(jù)流分成多個(gè)不同的數(shù)據(jù)子流,通過不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。首先,考慮了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中多址協(xié)議和服務(wù)速率的不同,采用完全共享的機(jī)制對無線局域網(wǎng)絡(luò)建模和采用均享的機(jī)制對蜂窩網(wǎng)絡(luò)建模,分別得到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)速率,然后將三種接入控制方式嵌入到馬爾科夫模型中,建立馬氏鏈,得到三種接入控制方式下系統(tǒng)的阻塞概率和平均時(shí)延。仿真結(jié)果表明,在

5、不同的多址接入?yún)f(xié)議和不同的服務(wù)速率下,并行多種無線接入相比其他兩種接入控制方式可以獲得更小的系統(tǒng)平均時(shí)延。
　　2、基于概率分流研究了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中多接入業(yè)務(wù)分配的算法。首先,從隊(duì)列的觀點(diǎn)出發(fā)將異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)看作多個(gè)隊(duì)列耦合和并行的系統(tǒng),得到單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平均時(shí)延,進(jìn)而從概率分流的角度推導(dǎo)了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的平均時(shí)延,然后以系統(tǒng)的平均時(shí)延最小化為目標(biāo),以網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性為約束條件,建立優(yōu)化問題。為了驗(yàn)證我們提出模型的有效性,采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)和W

6、LAN網(wǎng)絡(luò)組成的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)場景,并用啟發(fā)式的搜索算法求解最優(yōu)的分流概率,得到系統(tǒng)最小的平均時(shí)延。最后用馬爾科夫過程建模提出的算法,并與網(wǎng)絡(luò)選擇算法進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果表明,相比網(wǎng)絡(luò)選擇算法,概率分流算法不僅降低了系統(tǒng)的阻塞概率,而且減小了系統(tǒng)的平均時(shí)延。
　　3、在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中,針對端到端的并行多接入傳輸,研究了時(shí)延最小的并行多接入業(yè)務(wù)分配問題。首先考慮了不同網(wǎng)絡(luò)的可利用傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的不同對業(yè)務(wù)分流的影響,分析了業(yè)務(wù)分流

7、經(jīng)過不同網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)延,然后建立了以時(shí)延最小化為目標(biāo)的優(yōu)化問題,利用貝克曼變化思想證明了最優(yōu)的業(yè)務(wù)分配問題存在門限值,根據(jù)業(yè)務(wù)分配門限選擇傳輸網(wǎng)絡(luò)的集合,并進(jìn)行業(yè)務(wù)分流獲得最小的傳輸時(shí)延,最后提出了一種聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)選擇和業(yè)務(wù)分配的并行多接入算法。仿真結(jié)果表明,在重負(fù)載情況下,與已有的算法相比,所提的算法不僅獲得最大的吞吐量,并且能夠有效降低業(yè)務(wù)的傳輸時(shí)延。
　　4、在宏蜂窩和微微蜂窩組成的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中,研究了基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)

8、(eICIC)的聯(lián)合上下行的負(fù)載分配問題。為了提高幾乎空白子幀(ABS)的利用率,首先提出了在 eICIC的 ABS子幀中配置宏蜂窩用戶的上行傳輸,簡稱為UM-ABS,接著考慮了上下行的非對稱信道,對于單個(gè)用戶的上下行可以接入不同的基站。然后聯(lián)合UM-ABS和上下行非對稱信道,將宏蜂窩與微微蜂窩時(shí)域資源分配和上下行的非對稱接入問題建模為優(yōu)化問題,提出了松弛-取整的多項(xiàng)式近似算法。仿真結(jié)果表明,相比現(xiàn)有的算法,所提的算法顯著改善了系統(tǒng)的吞