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面向异构无线接入网的联合资源管理技术研究

范文浩

  通信技术与无线业务的快速发展共同驱动着无线接入技术和移动终端技术的演进,在无线接入异构化、移动终端多模化的推动下,异构、协同与融合将是未来无线通信系统的重要发展趋势,未来的无线通信系统将集成和管理多种异构无线接入网络,为多模终端提供泛在的异构无线接入环境,充分满足用户在不同应用场景下日益增长的业务需求。联合无线资源管理技术对各无线接入技术进行资源的统一调配和调度,通过联合利用多个无线接入技术,实现网络和终端的互联互通和协同配合,提升通信系统的整体性能。 面向异构无线接入网的联合资源管理技术是本文的研究内容,本文重点围绕多模终端对各无线接入技术的联合利用模式,即终端接入多个异构无线接入网中进行并行式数据传输,利用多个网络获取分集增益——多无线传输分集。本文分别研究针对该模式的多模终端网络接入选择机制、多模终端数据流量分配机制及多模终端无线资源分配机制,根据网络与终端的实际需求,合理利用异构无线接入网与多模终端的可操作资源,在不同层面展开研究工作,目的是为了形成一套面向异构无线接入网的联合资源管理体系。本文的主要研究内容包括: 1)针对多模终端利用多无线传输分集时的网络接入选择问题,论文提出了一种异构无线接入环境下的多模终端多网络接入选择机制,该机制由终端控制运行,旨在保障多模终端的数据传输速率需求和功耗限制的同时,提高多模终端的数据传输能效。论文设计了网络接入选择框架,为多模终端中各无线接入技术的网络接口卡设计了独立的参数采集模块,并搭建了统一的网络接入选择管理模块,以根据所采集的参数信息进行网络接入选择决策。其中,参数采集模块使用指数平滑方法处理已测量参数以降低“乒乓效应”;网络接入选择管理模块使用状态转移模型管理终端多个网络接口卡的接入选择策略,并采用效用函数法动态平衡终端功耗与数据传输速率,以针对多模终端能量受限的实际情况,根据业务速率需求灵活优化网络接入选择,提高多模终端数据传输能效。仿真结果证明与传统切换式接入选择相比,所提出的方法显著减少了不必要的接入重选次数,并在保证终端功耗与数据传输速率的前提下增强了数据传输能效。 2)针对多模终端利用多无线传输分集时对各个无线接入技术连接的数据流量分配问题,论文提出了一种针对多模终端资源受限情况下的数据流量分配机制,包括传输时延受限下的能量有效数据流量分配机制与通信功耗受限下的传输有效数据流量分配机制。论文设计了一种针对多无线传输分集的多模终端并行式数据传输模型,建立了数学优化模型,并采用队列长度控制方法来避免数据缓冲区溢出。论文针对保证多模终端数据传输时延限制条件下最小化通信功耗的问题,设计了基于原-对偶内点方法的数据流量分配算法;针对保证多模终端通信功耗限制条件下最小化数据传输时延的问题,设计了基于修改的粒子群优化的数据流量分配算法。仿真结果证明,所提出的数据流量分配机制能够在多种不同参数条件下最优地分配数据流量,同传统基于比例的分配算法相比,在时延受限下的能量有效数据流量分配机制中,多模终端的通信功耗得到显著降低;在功耗受限下的传输有效数据流量分配机制中,多模终端的数据传输时延得到显著降低。 3)针对在软件无线电技术引入背景下多模终端利用多无线传输分集时的无线资源分配问题,论文提出了一种异构无线接入网系统容量最大化的多模终端发射功率与无线接入技术带宽资源分配机制。论文首先从网络侧角度简要概述了异构无线接入网中的多无线传输分集技术。为了在多无线传输分集模式下,进一步提升异构无线接入网的系统容量,论文基于最大化网络效用模型,提出了一种通过优化分配多模终端发射功率与其所关联的无线接入技术带宽的数值优化模型,该模型充分考虑多模终端由于自身配置与终端用户需求,在无线接入技术支持性和接入选择方面表现出的差异,以有效反映出在更为真实的应用环境下终端的差异化特性。论文设计了一种改进的协同进化遗传算法,通过并行进化搜索来灵活和高效地对优化问题进行求解,以此,论文设计了一种集中式的无线资源分配算法,在异构无线接入网的联合无线资源管理实体中,通过与多模终端进行信息交互,进行周期性的资源优化分配。仿真结果显示,论文所提出的算法与其它算法相比,具备较高的效率,以及相对稳定和精确的无线资源分配结果;相较于传统的切换式数据传输,通过论文所提出的算法,利用多无线传输分集的并行式数据传输模式能够有效提升系统容量。……   
[关键词]:联合无线资源管理;异构无线接入网;网络接入选择;数据流量分配;无线资源分配
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:北京邮电大学2013年