基于时间序列预测的异构无线网络负载均衡技术研究

摘要

随着2G、3G、4G蜂窝无线网络以及WLAN和WiMax在世界范围内的广泛使用，下一代无线网络必将是多种无线网络并存的异构网络。异构无线网络的负载均衡是实现异构无线网络中资源共享的重要方法，是异构无线网的关键技术之一，它可以提高网络资源利用率并降低网络拥塞，对异构无线网络性能发挥起到了至关重要的作用。
　　在异构无线网负载均衡中，切换算法是否合理起着至关重要的作用。本文分析了典型的多属性决策理论的简单加权法(SAW)，分析负载与呼叫到达率(CAR)相关系数，滞后时间，回归方程，得出SAW算法存在负载滞后的缺点，及对网络资源利用率低的缺点，本文针对这两个缺点改进了SAW算法。
　　第一，针对SAW算法负载滞后的缺点，本文研究了基于时间序列预测的负载均衡算法TSAW，使用时间序列预测网络中的呼叫到达率，引导业务切换和带宽超前转移，改变SAW算法负载滞后特性。
　　第二，针对SAW算法中网络资源利用率低的缺点，在基于TSAW算法的基础上，使用时间序列预测呼叫到达率数据，来决定执行业务带宽增加策略还是业务带宽减少，形成改进的TBSAW算法。另外，为了使TBSAW算法对网络负载均衡更有效，设计了呼叫到达率值幂指函数转移曲线，使用预测的呼叫到达率作为底数，预测的呼叫达到率方差作为指数。使改进后的算法在负载越高时对业务分配带宽越少，负载越低时对业务分配带宽越多，呼叫到达率方差作为幂指函数指数，有效抑制了负载的波动。
　　文章针对SAW、TSAW、TBSAW算法设计了三种仿真方法:第一种，负载时序仿真图，清晰的观测到TBSAW、TSAW算法对比SAW算法负载的削峰、削波、超前、平稳特性。第二种，为了克服时序仿真的偶然性、时变性，使用Eviews软件对负载线作描述性统计量，使用统计方法做统计分析。第三种，呼叫阻塞率分析，对比分析三种算法的呼叫阻塞率。三种仿真方法分析都表明SAW、TSAW、TBSAW算法负载特性依次变好，反映了基于时间序列预测的切换方法，及基于预测的带宽调整算法对于负载均衡特性改善效果。

目录

摘要

英文缩略语

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究意义和创新点

1．4 论文结构安排

第二章 异构无线网络负载均衡相关技术

2．1 引言

2．2 异构无线网无线资源管理

2．3 异构无线网架构

2．4 异构无线网负载均衡

2．5 垂直切换

2．6 时间序列分析

2．6．1 已有异构无线网预测算法对比

2．6．2 时间序列预测简述

2．6．3 时间序列分析

2．6．4 移动平均差分模型(ARIMA)

2．6．5 季节性模型SARIMA(P，D，Q)×(p，d，q)

2．6．5 SARIMA(P，D，Q)×(p，d，q)模型的建立过程

2．7 本章小结

第三章 简单加权算法(SAW)及其负载滞后特性分析

3．1 引言

3．2 简单加权算法(SAW)

3．2．1 简单加权算法(SAW)简介

3．2．2 SAW基本代价函数

3．3 异构无线网仿真模型及参数

3．4 简单加权算法(SAW)时序负载图仿真分析

3．4．1 仿真程序设计

3．4．2 SAW算法时序仿真图分析

3．5 负载与CAR序列相关性分析

3．6 负载率与呼叫到达率回归方程分析

3．7 本章小结

第四章 基于时间序列预测负载超前转移的负载均衡算法研究

4．1 引言

4．2 网络引导终端切换方案

4．3 时间序列模型的调整

4．3 时间序列预测步长及滑块设置

4．4 基于时间序列预测的负载均衡算法(TSAW)

4．4．1 TSAW算法超前切换引导因子

4．4．2 TSAW比例超前转移业务带宽算法

4．4．3 TSAW算法

4．3 Eviews软件时间序列SARIMA建模及预测

4．3．1 Eviews软件介绍

4．3．2 Eviews仿真数据

4．3．3 一个周期数据ARIMA模型建立

4．3．4 季节SARIMA(P，D，Q)×(p，d，q)模型建立

4．3．5 SARIMA(1，1，0)×(3，1，2)模型预测

4．3．6 模型修正

4．4 时间序列预测算法(TSAW)时序图仿真分析

4．4．1 仿真程序设计

4．4．2 TSAW算法时序仿真图分析

4．5 TSAW、SAW算法描述性统计量分析

4．6 TSAW、SAW算法呼叫阻塞率分析

4．9 本章小结

第五章 基于时间序列预测带宽可调的负载均衡算法研究

5．1 引言

5．2 动态业务带宽(BUDA)策略

5．3 时间序列预测带宽可调(TBSAW)算法研究

5．3．1 幂指函数CAR转移曲线

5．3．2 幂指函数CAR转移算法

5．3．3 基于时间序列预测带宽可调的TBSAW算法

5．4 TBSAW算法时序仿真图分析

5．4．1 仿真模型及仿真参数

5．4．2 仿真程序流程图

5．4．3 TBSAW算法时序仿真图分析

5．5 TBSAW算法负载描述性统计量分析

5．6 SAW、TSAW、TBSAW算法呼叫阻塞率仿真分析

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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