下一代移动通信系统中无线资源管理关键技术的研究

摘要

随着现代科学技术的飞速发展，移动通信在社会生活中发挥着越来越重要的作用。现今3G商用技术已经成熟，而下一代移动通信网，即超3G的研究也方兴未艾。超3G不再以单一接入技术的进步为标志，而是从接入技术、网络架构到系统性能的全面演进。由于超3G网络的组成形式是异构的，且带宽极高、容量极大、业务内容极丰富，这就使得超3G中无线资源管理的研究成为一个极具价值的课题。无线资源管理的目的就是合理、高效利用无线资源，在保证网络服务质量的前提下，提高资源利用率。本文从系统、方案和算法的角度出发，以提高超3G系统无线资源管理的性能和效率为目的，对这一研究领域中的垂直切换、位置管理、连接准入控制、无线资源分配、网管系统和传输控制协议等方面做了重点研究。 本文首先研究了超3G异构网络的垂直切换问题，针对垂直切换的三个步骤分别提出了复合切换初始化方案、基于模糊多目标决策的智能小区选择方案和基于SCTP的传输层切换执行方案。复合切换初始化方案中综合考虑了异构网络架构、业务类型和关键初始化触发准则；智能小区选择方案针对超3G系统多接入技术和多业务的特点，采用与QoS密切相关的影响因素为评价指标，并利用模糊多目标判决方法进行选择决策；切换执行方案则将切换实施控制置于传输层，实现了对网络层及其以下层的完全透明。以上针对垂直切换提出的系列方案对保障切换过程中的延时、丢包以及切换后吞吐量、信噪比等QoS关键参数起到了良好的效果。 其次，本文针对超3G系统的移动性管理，特别是微移动管理目前主要集中于网络层而造成的延时过大、丢包严重的情况，提出了跨层的微移动管理方案。该方案是在传输层和网络层上综合的跨层管理，它通过合理的域划分，并充分利用SCTP协议的多宿特性以及空闲态移动主机的快速定位方法，保障了通信主机在移动过程中的漫游是无缝的，并可充分减少漫游过程中切换网络(域)时的延时和信令开销。 再次，本文研究了超3G系统异构网络的连接准入控制问题，分析了传统CAC算法不适用于异构网络多小区类型、多接入技术和多业务的特点，从而提出一种自适应多准则准入控制判决算法，该算法以传输带宽、主机速度和小区用户数作为关键判据，并综合运用了模糊逻辑推理和神经网络预测功能来做准入判决。相对于传统的方法，该算法可以保证运行不同业务的移动主机在新小区获得良好的QoS。 然后，本文对超3G系统无线资源分配的问题进行了研究。分析了已有信道分配和借用方案在异构网络无线资源分配上存在的缺陷，并提出一种有效的资源借用与动态分配方案。该方案采用基于SCTP的垂直借用方法和相应的借用优先权算法动态分配异构网络中的带宽资源，保证借用过程中呼叫无中断且频率无锁定，并且该方案还可实现不同类型小区以及不相邻的小区间的资源借用。 最后，本文研究了无线资源管理中的网管系统和传输控制协议。分析了超3G系统运行、管理和维护(OAM)系统对信令传输的要求，提出了基于SCTP的OAM系统架构，该系统架构中应用了SCTP协议中支持消息传输的新特性，并且使用基于消息队列的代理机制来提高信令处理的效率和各模块间的协调工作。相对于传统基于TCP的OAM系统而言，本系统具有更高的传输效率和更低的传输延时，适于承担超3G系统较重的信令负载。本文还针对在基于IP的超微蜂窝网上传输SS7信令，提出了一种信令的简化传输控制协议——BSTP协议，该协议根据应用背景对通信链路的控制进行了合理的简化，并采用无确认的数据传递和空闲时间检测来加速信令的传输。BSTP易于实现，且在提高传输效率的前提下降低了通信成本，非常适用于超3G系统中的微蜂窝小区。 本文对所提出的方案和算法进行了充分的仿真验证或实验测试，其结果表明相对于已有相关研究工作，本文所提出的新方案和算法可在一定程度上提高超3G系统无线资源管理的性能。同时，这些方案具有较强的通用性，易于推广到不同组成形式的超3G异构网络中。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文缩略语表

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第一章绪论

第二章超3G系统切换初始化及小区选择

第三章超3G系统的移动性管理

第四章超3G系统的连接准入控制

第五章基于SCTP的动态信道借用和资源分配

第六章基于SCTP的OAM系统

第七章BSTP协议

第八章总结及展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的研究成果