新型無線網(wǎng)絡(luò)的資源管理與負(fù)載均衡策略研究.pdf

1、無線蜂窩網(wǎng)、WLAN、WiMAX作為Internet寬帶無線接入的主流候選技術(shù)，正越來越受到關(guān)注，各種無線網(wǎng)絡(luò)之間既是競(jìng)爭(zhēng)又是互補(bǔ)的關(guān)系。下一代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必然要支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，采用OFDM為核心技術(shù)，具有認(rèn)知無線電能力，支持分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、ad hoc組網(wǎng)、多跳中繼等，以更低的價(jià)格、更好的質(zhì)量支持更多的語音、數(shù)據(jù)、流媒體等具有不同QoS要求的多樣性業(yè)務(wù)。本文以下一代新型無線網(wǎng)絡(luò)為背景，研究了無線網(wǎng)絡(luò)的資源管理及負(fù)載均衡策略。

2、>　　 首先，本文對(duì)下一代無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)──正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)進(jìn)行了研究。由于OFDM系統(tǒng)基于信道狀態(tài)信息的子載波及功率分配算法復(fù)雜度高，控制信道帶寬的開銷過大，而與信道獨(dú)立的資源分配算法性能較差，因此，本文提出了一種新的基于信道參數(shù)統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的子載波和功率分配算法，該算法利用信道統(tǒng)計(jì)信息來減少信道反饋，并轉(zhuǎn)化成離散模型求解，大大降低了算法的復(fù)雜度。本文也在多用戶OFDMA系統(tǒng)中根據(jù)業(yè)務(wù)區(qū)分的思想，提出了一個(gè)自適應(yīng)跨層子

3、載波調(diào)度及功率分配機(jī)制。該算法給實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（如語音、多媒體業(yè)務(wù)）更高的優(yōu)先級(jí)，而對(duì)于低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)再進(jìn)一步根據(jù)緩沖隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)公平的分配子載波。仿真結(jié)果顯示，基于信道統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的資源調(diào)度算法在系統(tǒng)總?cè)萘可嫌形⑿〗档?，但算法?fù)雜度大大降低；在性能上也優(yōu)于基于路徑損耗的資源調(diào)度算法；我們提出的跨層子載波調(diào)度及功率分配機(jī)制改善了實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的時(shí)延性能，提高了OFDMA系統(tǒng)的頻譜效率。
　　 在基于OFDM技術(shù)的多跳認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中，

4、針對(duì)顏色敏感的圖著色（CSGC）頻譜分配模型，我們將功率控制引入CSGC模型來避免二級(jí)用戶之間的干擾以及適應(yīng)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化。本文首先將信道分配、帶干擾限制的功率控制問題在兩個(gè)不同的優(yōu)化策略下形式化為最大化問題，目標(biāo)函數(shù)是針對(duì)整個(gè)路由進(jìn)行優(yōu)化，而不是鏈路；然后提出了一個(gè)啟發(fā)式算法對(duì)該NP問題進(jìn)行求解。該算法首先在保證鏈路連接的最小發(fā)射功率下進(jìn)行信道分配以盡可能的重用信道，然后在保證所有同信道鏈路的干擾滿足約束條件的同時(shí)將每個(gè)鏈路的發(fā)射功率

5、最大化來提高鏈路帶寬。仿真結(jié)果表明，我們提出的算法比已有算法能獲得更高的總網(wǎng)絡(luò)帶寬和最小路由帶寬。
　　 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的主要挑戰(zhàn)是如何高效利用各種接入網(wǎng)的無線資源，針對(duì)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)基站或AP的容量差異及業(yè)務(wù)分布不均，導(dǎo)致通信熱點(diǎn)地區(qū)的新呼叫因負(fù)載過重大量阻塞，而相鄰輕負(fù)載小區(qū)卻有容量盈余的現(xiàn)象，本文提出了幾種聯(lián)合呼叫接納控制及ad hoc網(wǎng)絡(luò)多跳路由算法的負(fù)載均衡策略，以提高整個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。該均衡策略依據(jù)是否利于多跳轉(zhuǎn)

6、移來決策新呼叫的接入，然后將部分流量轉(zhuǎn)移到附近輕負(fù)載小區(qū)。仿真結(jié)果表明，提出的負(fù)載均衡策略能有效改善網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的負(fù)載均衡指數(shù)，徹底避免呼叫阻塞現(xiàn)象。
　　 為了改善蜂窩網(wǎng)、WLAN、WiMAX等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋的熱點(diǎn)通信地區(qū)的呼叫阻塞概率、吞吐量等網(wǎng)絡(luò)性能，提出了兩個(gè)基于ad hoc網(wǎng)絡(luò)N跳路由算法的協(xié)作負(fù)載均衡策略，以提高整個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源效率。該策略首先根據(jù)無線資源管理策略來決定是否接納一個(gè)新呼叫，在重負(fù)載情況下根據(jù)最小價(jià)格轉(zhuǎn)

7、移策略或最輕負(fù)載基站及最近業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移策略來選擇特定業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基站或AP，這些業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移策略考慮了基站負(fù)載指數(shù)、跳數(shù)、業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)、轉(zhuǎn)移開銷等因素。一個(gè)分析模型用來計(jì)算兩個(gè)不同業(yè)務(wù)模型下的系統(tǒng)呼叫阻塞概率及吞吐量性能。仿真結(jié)果表明，提出的負(fù)載均衡策略比HM-MACA和HS-TC策略更能將業(yè)務(wù)均勻的分布到整個(gè)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)，降低呼叫阻塞概率，改善系統(tǒng)吞吐量性能。
　　 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)效用的資源管理及網(wǎng)絡(luò)選擇算法是研究的熱點(diǎn)，本文提

8、出了基于經(jīng)濟(jì)模型且具有QoS保證的無線資源分配及網(wǎng)絡(luò)選擇算法。在CDMA網(wǎng)絡(luò)上行鏈路，分析了考慮多小區(qū)干擾功率的資源分配約束條件，然后在不同負(fù)載情況下對(duì)目標(biāo)函數(shù)為網(wǎng)絡(luò)社會(huì)福利最大化的資源優(yōu)化分配問題進(jìn)行了求解；當(dāng)WLAN網(wǎng)絡(luò)通過控制沖突概率來達(dá)到最大吞吐量時(shí)，我們得到了資源公平分配時(shí)網(wǎng)絡(luò)收益的閉環(huán)表達(dá)式。對(duì)CDMA/WLAN異構(gòu)重疊網(wǎng)絡(luò)根據(jù)負(fù)載狀況不同提出了不同的接入控制機(jī)制及負(fù)載均衡策略。仿真結(jié)果表明，提出的資源分配算法在單一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境