异构无线网络中用户分配和资源分配研究

发布时间：2018-04-06 22:23

本文选题：异构无线网络　切入点：资源管理　出处：《中国科学技术大学》2015年博士论文

【摘要】：近年来,随着移动互联网的兴起和发展,移动用户的数据业务快速增长。据统计资料显示,从2008年开始,移动业务数据量以每年超过100%的速度增长。一方面,随着智能手持设备的发展,接入无线网络的用户数越来越大；另一方面,随着多媒体服务的发展,移动用户对数据速率的需求越来越高。因此,提高无线网络的服务容量,满足用户日益增长的带宽需求,成为移动通信发展的迫切需求。而受带宽限制,传统大覆盖的蜂窝网络己不能满足持续增长的带宽需求。一种可行的解决方案就是增加蜂窝基站密度,在热点区域布置一些小覆盖的微蜂窝网络,增加带宽复用率来提高整个网络的容量。另外一种可行的解决方案是布置一些其它类型的无线网络接入点,如无线局域网的接入点,来提高整个服务区域的吞吐量。这两种解决方案都意味着,多种异构网络联合起来提供无线接入已经成为一种重要趋势。不同类型的网络具有不同的网络特性,如覆盖面积,网络容量,服务保障能力等。而不同的接入终端可能有不同的特性,如业务、接入能力、信道状态和移动速度等。研究表明,通过将异构网络的网络特性与用户特性联合起来,通过合理的资源分配与管理,可以提高网络的服务能力和用户的服务质量。因此,不同特性的用户在不同特性的异构无线网络上的分配及其资源分配是一个值得研究的问题。围绕这一核心问题,本文从三个方面展开研究工作： 1)针对异构无线网络中具有不同接收信号质量用户的分配,研究基于用户物理链路速率的分段接入控制方案和对偶门限调度方案。针对蜂窝网络和无线局域网融合场景,考虑物理链路速率自适应,由于用户信道条件差异,不同的用户在不同的网络中有不同的物理链路传输速率。一方面,当新用户到达时,通过接入控制,在各个网络中,针对不同物理链路速率的用户,设置不同的接入用户数上限,以实现用户的合理分配。另一方面,当网络负载分布出现不均衡时,通过对偶门限来触发调度,并给不同物理链路速率的用户以不同的调度优先级,以实现更优的用户分配。以最大化全网吞吐量为目标,以服务质量保障为限制条件,对用户移动性、业务到达和系统服务过程进行建模,通过应用排队论和矩函数分析法等工具,获得最优的接入域和对偶门限。结果证明,在非热点区域负载量较轻时,基于用户物理链路质量的用户分配策略能够显著提高全网吞吐量。 2)针对不同移动速度用户在存在频率复用的宏基站和微基站上的分配问题,研究基于用户移动速度的用户接入控制方案,并联合带宽预留和带宽分配策略进行决策。考虑不同网络间存在频率复用的场景,由于接入点的发射功率差异,不同网络有不同的覆盖范围。移动速度高的用户在微蜂窝中的驻留时间短。如果将微蜂窝中高移速用户全部接入微蜂窝,会带来大量的切换,极大地浪费系统开销和损害服务质量；如果将微蜂窝中的高移速用户全部接入宏蜂窝,需要较大的带宽预留,降低带宽复用率。因此,本文首先考虑联合接入控制和带宽预留,以优化网络容量和切换速率的折中为目标,对不同移速类型的用户设置不同的接入概率和带宽预留量。其次,本文进一步联合接入控制和带宽分配,考虑不同的业务类型,以最小化加权切换速率为目标,对具有不同业务和移速类型的用户分配不同的接入概率和带宽。通过随机几何建模异构蜂窝网络,推导了切换速率表达式,通过凸优化分析,给出了最优接入概率、带宽预留量和带宽分配的求解方法。仿真结果表明,最优的方式是：将一部分微蜂窝中的高移速用户接入宏基站来获得较大的驻留时间,而通过在微基站上进行合理的带宽预留和带宽分配来接纳剩余的高移速用户,并为其分配较大的带宽来减小服务时间。 3)针对从时间维度上实现最优的用户或者业务负载分配的问题,研究基于未来网络负载状态的用户或业务负载分配策略。在对用户或业务进行分配时,仅考虑当前的网络状态或者网络效益,并不能实现时间维度上的最优分配。从时间维度上看,用户或者业务的分配,不仅需要考虑当前的网络状态,还需要考虑未来的网络状态,以及当前的决策对未来网络状态或决策的影响。因此,首先,本文提出一种基于未来网络负载状态预测的负载调度方案,以最小化网络容量加权的网络空载持续时间为目标,通过给出两阶段迭代法来预测未来调度间隙内各个网络的空载持续时间,并通过凸优化分析,给出梯度下降法求解各个重叠区域的最优调度负载量。其次,本文给出一种基于长时全网效益的联合垂直切换和资源分配方案。以最大化时间维度上的全网效益为目标,利用贝尔曼方程,通过马尔科夫决策过程求解。并利用状态分解法,实现分布式决策,减小空间开销和计算开销。结果表明,考虑未来网络负载状态的用户或其业务分配方案要明显优于基于瞬时状态决策的策略。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5

【共引文献】