本文選題：異構無線網絡　切入點：資源管理　出處：《中國科學技術大學》2015年博士論文

【摘要】：近年來,隨著移動互聯網的興起和發(fā)展,移動用戶的數據業(yè)務快速增長。據統(tǒng)計資料顯示,從2008年開始,移動業(yè)務數據量以每年超過100%的速度增長。一方面,隨著智能手持設備的發(fā)展,接入無線網絡的用戶數越來越大；另一方面,隨著多媒體服務的發(fā)展,移動用戶對數據速率的需求越來越高。因此,提高無線網絡的服務容量,滿足用戶日益增長的帶寬需求,成為移動通信發(fā)展的迫切需求。而受帶寬限制,傳統(tǒng)大覆蓋的蜂窩網絡己不能滿足持續(xù)增長的帶寬需求。一種可行的解決方案就是增加蜂窩基站密度,在熱點區(qū)域布置一些小覆蓋的微蜂窩網絡,增加帶寬復用率來提高整個網絡的容量。另外一種可行的解決方案是布置一些其它類型的無線網絡接入點,如無線局域網的接入點,來提高整個服務區(qū)域的吞吐量。這兩種解決方案都意味著,多種異構網絡聯合起來提供無線接入已經成為一種重要趨勢。 不同類型的網絡具有不同的網絡特性,如覆蓋面積,網絡容量,服務保障能力等。而不同的接入終端可能有不同的特性,如業(yè)務、接入能力、信道狀態(tài)和移動速度等。研究表明,通過將異構網絡的網絡特性與用戶特性聯合起來,通過合理的資源分配與管理,可以提高網絡的服務能力和用戶的服務質量。因此,不同特性的用戶在不同特性的異構無線網絡上的分配及其資源分配是一個值得研究的問題。圍繞這一核心問題,本文從三個方面展開研究工作： 1)針對異構無線網絡中具有不同接收信號質量用戶的分配,研究基于用戶物理鏈路速率的分段接入控制方案和對偶門限調度方案。針對蜂窩網絡和無線局域網融合場景,考慮物理鏈路速率自適應,由于用戶信道條件差異,不同的用戶在不同的網絡中有不同的物理鏈路傳輸速率。一方面,當新用戶到達時,通過接入控制,在各個網絡中,針對不同物理鏈路速率的用戶,設置不同的接入用戶數上限,以實現用戶的合理分配。另一方面,當網絡負載分布出現不均衡時,通過對偶門限來觸發(fā)調度,并給不同物理鏈路速率的用戶以不同的調度優(yōu)先級,以實現更優(yōu)的用戶分配。以最大化全網吞吐量為目標,以服務質量保障為限制條件,對用戶移動性、業(yè)務到達和系統(tǒng)服務過程進行建模,通過應用排隊論和矩函數分析法等工具,獲得最優(yōu)的接入域和對偶門限。結果證明,在非熱點區(qū)域負載量較輕時,基于用戶物理鏈路質量的用戶分配策略能夠顯著提高全網吞吐量。 2)針對不同移動速度用戶在存在頻率復用的宏基站和微基站上的分配問題,研究基于用戶移動速度的用戶接入控制方案,并聯合帶寬預留和帶寬分配策略進行決策�？紤]不同網絡間存在頻率復用的場景,由于接入點的發(fā)射功率差異,不同網絡有不同的覆蓋范圍。移動速度高的用戶在微蜂窩中的駐留時間短。如果將微蜂窩中高移速用戶全部接入微蜂窩,會帶來大量的切換,極大地浪費系統(tǒng)開銷和損害服務質量；如果將微蜂窩中的高移速用戶全部接入宏蜂窩,需要較大的帶寬預留,降低帶寬復用率。因此,本文首先考慮聯合接入控制和帶寬預留,以優(yōu)化網絡容量和切換速率的折中為目標,對不同移速類型的用戶設置不同的接入概率和帶寬預留量。其次,本文進一步聯合接入控制和帶寬分配,考慮不同的業(yè)務類型,以最小化加權切換速率為目標,對具有不同業(yè)務和移速類型的用戶分配不同的接入概率和帶寬。通過隨機幾何建模異構蜂窩網絡,推導了切換速率表達式,通過凸優(yōu)化分析,給出了最優(yōu)接入概率、帶寬預留量和帶寬分配的求解方法。仿真結果表明,最優(yōu)的方式是：將一部分微蜂窩中的高移速用戶接入宏基站來獲得較大的駐留時間,而通過在微基站上進行合理的帶寬預留和帶寬分配來接納剩余的高移速用戶,并為其分配較大的帶寬來減小服務時間。 3)針對從時間維度上實現最優(yōu)的用戶或者業(yè)務負載分配的問題,研究基于未來網絡負載狀態(tài)的用戶或業(yè)務負載分配策略。在對用戶或業(yè)務進行分配時,僅考慮當前的網絡狀態(tài)或者網絡效益,并不能實現時間維度上的最優(yōu)分配。從時間維度上看,用戶或者業(yè)務的分配,不僅需要考慮當前的網絡狀態(tài),還需要考慮未來的網絡狀態(tài),以及當前的決策對未來網絡狀態(tài)或決策的影響。因此,首先,本文提出一種基于未來網絡負載狀態(tài)預測的負載調度方案,以最小化網絡容量加權的網絡空載持續(xù)時間為目標,通過給出兩階段迭代法來預測未來調度間隙內各個網絡的空載持續(xù)時間,并通過凸優(yōu)化分析,給出梯度下降法求解各個重疊區(qū)域的最優(yōu)調度負載量。其次,本文給出一種基于長時全網效益的聯合垂直切換和資源分配方案。以最大化時間維度上的全網效益為目標,利用貝爾曼方程,通過馬爾科夫決策過程求解。并利用狀態(tài)分解法,實現分布式決策,減小空間開銷和計算開銷。結果表明,考慮未來網絡負載狀態(tài)的用戶或其業(yè)務分配方案要明顯優(yōu)于基于瞬時狀態(tài)決策的策略。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5

【共引文獻】

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本文編號：1719179