多网共存场景无线资源分配优化算法研究

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无线通信技术的高速发展,对人们的日常生活和社会发展产生了巨大影响,而每次无线通信技术的突破都是为了满足用户对各类通信业务的需求。在多网共存场景中,无线网络的资源管理目标是在现有可调用的无线资源基础上实现高数据速率的传输业务,并提供多种业务类型和服务质量(Quality of Service,QoS)保障。  不同无线网络的共存表示融合场景中包含了不同的网络架构、不同的接入技术、不同的网络参数(如覆盖范围、网络容量、数据速率、带宽、时延等)和不同的运营管理模式。多种网络共存场景中不可避免各种网络系统为了争夺有限资源而产生无线资源紧缺、接入干扰碰撞、QoS无法保障、网络负载不均衡等资源利用相关问题。为了提高无线资源利用率,合理利用有限资源满足用户和系统的多样需求,本学位论文重点研究多网共存场景无线资源分配优化算法,包括:基于蓝牙跳频特点的接入与频谱分配策略;基于跳频相关性的多用户接入策略;基于多用户QoS和公平性保障的OFDMA-WLAN(Orthogonal Frequency Division Multiple Access-Wireless Local AreaNetwork)系统资源分配算法和异构网络中基于负载平衡的网络选择算法。  在基于蓝牙跳频特点的接入与频谱分配策略的研究中,利用蓝牙跳频空洞和跳频规律,提出三种频谱共享方法接入蓝牙跳频空洞,实现认知用户与蓝牙用户频谱共享。采用二维Markov链对频谱共享策略进行建模并分析系统性能,通过仿真验证了基于蓝牙跳频特点的频谱共享方法能够降低认知用户的接入碰撞概率、提高信道利用率并减少频谱资源浪费。  在基于跳频相关性的多用户接入策略中,提出了工业、科学和医学(Industrial Scientific Medical,ISM)频段基于部分相关性的多用户接入策略(Partial Relativity based Access Strategy,PRAS)和基于全相关性的多用户接入策略(Full Relativity based Access Strategy,FRAS)。在第一个方法中跳频用户以具有部分相关性的跳频图案接入信道,在第二个方法中跳频用户以具有全相关性的跳频图案接入信道。利用Markov链对多用户接入策略进行建模并分析系统性能,通过仿真验证两种方法都可以降低接入碰撞概率并提高频带利用率。PRAS的性能与信道分组数量有关,而FRAS增加了接入用户的数量,不仅降低了碰撞概率和阻塞概率,还能提高频带利用率和系统吞吐量。  在研究基于多用户QoS和公平性保障的OFDMA-WLAN系统资源分配算法时,给出了OFDMA-WLAN系统下行链路资源分配模型,并提出基于多用户QoS和公平性保障的资源分配算法,将多种QoS需求转换为统一的QoS需求,以最大化公平性驱动的用户满意度为目标分配资源,并利用公平修正因子调整功率分配。通过仿真比较发现,具有QoS意识和公平性的资源分配算法不仅能够保障不同用户的QoS和公平性,同时也能具有一定的高速传输能力。  在研究异构网络融合场景中的网络选择算法时,提出基于负载均衡的网络选择算法。综合考虑用户和网络双方的需求、性能和利益,将网络选择算法分为用户优先级赋值排序、加权二分图最优匹配和负载均衡重匹配三个过程。通过计算机仿真与其他网络选择算法进行了比较,仿真结果表明,提出的算法在保障用户呼叫QoS和呼叫接入概率的基础上,进一步动态调整网络负载,能够实现负载均衡的资源分配。  本学位论文对以上关键技术进行理论分析和计算机仿真,分析和仿真结果表明所提算法能够在多网共存场景下提高频带利用率、减少接入碰撞、保障多种业务QoS和公平性,并均衡网络资源。
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