异构无线网络中的资源管理方法研究

摘要

随着通信产业的快速发展，大量具有鲜明技术特点的无线接入技术不断涌现。不同无线接入技术诞生于不同的应用背景，为适应不同的业务类型和用户需求而设计，并沿着各自的技术路线向前演进。随着无线网络影响范围的日益增大，某些地域可能会被多种无线网络同时覆盖，形成异构无线网络，并且其中一些网络在性能上具有互补性。在终端方面，为满足人们多样化的业务需求，集成多种无线接口的移动终端已成发展的主流。因此，通过融合的异构无线网络共同为用户提供无线服务是未来移动通信系统发展的主要方向。异构无线网络资源管理通过整合无线网络的资源，实现对无线资源的充分利用，提升系统资源使用效率，满足用户日益增长的无线业务需求。
　　本文围绕如何提高无线资源的使用效率，对异构网络无线资源管理中接入控制、负载均衡和切换管理三种关键技术进行了详尽分析和深入研究。利用多目标优化、模糊数学、多属性决策、马尔科夫过程等相关理论和方法，提出了异构无线网络环境下的接入控制、负载均衡和切换判决算法，提高无线资源的整体使用效率，改善用户的服务体验。
　　在接入控制方面，针对异构无线网络环境下的网络覆盖情况，提出了一种基于代价的接入控制分析模型。该模型以不同地理位置的接入代价为依据，对异构无线网络覆盖区域进行划分，能够细致地描述蜂窝小区内部的系统性能。作为无线资源管理的一部分，接入控制一方面需要满足新用户的接入请求，根据不同的业务类型选择合适的接入位置；另一方面也需要考虑网络中正在服务中的用户，保证其业务的连续性和服务体验，从而提高网络整体的服务能力。针对彼此矛盾的优化目标，本文在为用户选择接入网络时，从用户与网络两方面进行综合考量，提出了一种基于多目标优化的接入控制算法，将接入控制过程转化为帕累托优化过程，在保证系统吞吐量达到最优的条件下，将新呼叫阻塞率维持在系统要求范围内，并减少了服务用户的切换数量。
　　在负载均衡方面，首先针对用户的运动状态对网络负载所产生的影响进行了分析，由此得到了对不同类型的用户进行负载转移后，对网络负载所产生的作用。之后，根据不同网络服务用户的状态，将异构无线网络中的负载状态转化为一个马尔科夫过程，并证明了该马尔科夫过程的遍历性与极限状态的存在性。为保证系统时时刻刻都能够为用户提供满意的服务，应缩短系统处于不稳定状态的时间，为此提出了一种基于马尔科夫链的负载均衡算法，使得不同网络间的负载可以得到快速均衡。
　　在切换管理方面，针对业务的多样性以及用户使用偏好等因素，将异构无线网络环境下的切换问题转化为多属性决策问题。针对层次分析法中判决矩阵一致性难以保证和权重向量求解困难问题，提出了一种基于模糊层次分析法的垂直切换判决算法。该算法针对各种判决属性在决策结果中的相对重要程度比较，可以与决策者判断较好地保持一致，从而可为用户选择最优的切换位置。针对不同网络间频繁切换引起的乒乓效应问题，结合用户的运动状态和不同接入位置的负载状态，设计了一种可变时长的定时器，在定时器时长内，对参与判决的属性进行评估。消除了大量的无效切换，提升了切换效率与系统整体资源利用率。

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英文摘要

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 异构无线网络研究现状

1.3 异构无线网络无线资源管理的相关技术

1.4 本文主要研究内容

第2章 异构无线网络资源管理的关键技术

2.1 系统模型

2.2 接入控制技术

2.3 负载均衡技术

2.4 垂直切换技术

2.5 性能评价与技术关系

2.6 本章小结

第3章 基于多目标优化的接入控制算法

3.1 引言

3.2 基于代价的接入控制分析模型

3.3 基于帕累托最优的接入控制算法

3.4 本章小结

第4章 基于马尔科夫过程的负载均衡算法

4.1 引言

4.2 运动状态对负载的影响

4.3 基于马尔科夫链的负载均衡算法

4.4 本章小结

第5章 多属性决策垂直切换判决算法

5.1 引言

5.2 模糊层次分析法

5.3 基于模糊层次分析法的垂直切换判决算法

5.4 性能分析

5.5 仿真结果

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

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