基于排队理论的LTE上行资源调度建模与优化

发布时间：2017-11-25 20:14

  本文关键词：基于排队理论的LTE上行资源调度建模与优化

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【摘要】：随着移动通信技术的发展以及智能终端的普及，移动通信网络的业务模式从单一的语音业务，转变为传统电信、移动互联网和物联网等业务并存的业务模式。移动通信网络的迅猛发展产生了大量异质业务，它们在行为模式、业务特征和QoS需求方面存在不同。例如VoIP业务对实时性要求较高，对丢包率要求较低；而IM类业务虽然一直在线，但大部分时间处于挂机状态，只有少数时间进行数据交互，数据量小，数据的突发性较高等。 3GPP LTE作为3G的长期演进技术，是3G移动通信网络的下一代演进网络，，将OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing)和MIMO (multiple-input multiple-output)技术作为无线网络演进的标准，同时使用高阶调制编码技术，旨在提供更高的数据速率、更低的传输时延、更大的系统容量和覆盖范围以及更低的运营成本，因而LTE将成为异质业务背景下重要的承载网络。 LTE网络具有有别于传统网络的全IP化、包交换和可变服务速率等特点，现有的网络模型已无法描述LTE网络，现有的无线资源管理理论也无法适应异质业务的应用。为满足异质业务的不同QoS需求，针对异质业务的LTE网络机制和算法的优化成为必然。 排队论作为一种基于随机过程理论发展起来的数学工具经常被用于系统建模和性能分析。早期利用排队论建模并评估通信网络时，考虑到顾客的到达具有随机性，可用概率分布来表示到达过程，在排队论的研究初始阶段，主要研究了顾客的到达过程为最简单流的排队系统。随着网络的发展，使得描述网络流量的模型越来越复杂。在各种排队模型中，批量到达排队模型由于具有较强的适用性而得到广泛研究。 本课题基于排队理论，利用批量到达模型建模并评价LTE包调度机制的性能，得到丢包率、队列时延和带宽利用率公式，其中丢包率和队列时延代表用户的QoS，带宽利用率反映运营商的盈利；研究QoS约束的系统利用率最大化问题，决定最优基站调度容量和缓存容量。本课题研究成果为调度缓存的管理提供有效方法。模型和优化的参数可应用于可变带宽部署和分类的缓存容量控制，在节约运营商运营成本的同时，为无线资源控制提供依据，为LTE网络的大规模应用奠定基础。鉴于本人在运营商从事网络优化工作，本课题的研究成果对运营商网络优化工作具有重大参考意义。 本课题的重点在于研究一种满足异质业务背景下LTE上行资源调度的方法，此方法同样适用于业务推广后的更多类型的异质业务下的LTE网络问题。论文独立工作和贡献论述如下。 第一，研究基于批量到达模型的LTE网络排队模型。首先利用EM算法将异质业务建模为批量到达业务源模型，其次建立基于批量到达模型的LTE网络排队模型，得到系统的状态转移矩阵，然后利用矩阵几何解法对状态转移矩阵进行求解，最后求得系统性能指标，得到各异质业务的丢包率、时延和带宽利用率。 第二，研究异质业务QoS约束下的系统利用率最大化问题。根据异质业务不同的QoS需求，研究在满足各业务丢包率、时延要求的基础上，使得系统利用率最高的无线资源配置方案，既满足业务的QoS需求，又使得运营商的利益最大化。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5

【参考文献】

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本文编号：1227237