新型無線網絡的資源管理與負載均衡策略研究.pdf

1、無線蜂窩網、WLAN、WiMAX作為Internet寬帶無線接入的主流候選技術，正越來越受到關注，各種無線網絡之間既是競爭又是互補的關系。下一代無線網絡技術必然要支持異構網絡的融合，采用OFDM為核心技術，具有認知無線電能力，支持分布式網絡架構、ad hoc組網、多跳中繼等，以更低的價格、更好的質量支持更多的語音、數據、流媒體等具有不同QoS要求的多樣性業(yè)務。本文以下一代新型無線網絡為背景，研究了無線網絡的資源管理及負載均衡策略。

2、>　　 首先，本文對下一代無線網絡的關鍵技術──正交頻分復用（OFDM）技術進行了研究。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雜度高，控制信道帶寬的開銷過大，而與信道獨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統(tǒng)計相關性的子載波和功率分配算法，該算法利用信道統(tǒng)計信息來減少信道反饋，并轉化成離散模型求解，大大降低了算法的復雜度。本文也在多用戶OFDMA系統(tǒng)中根據業(yè)務區(qū)分的思想，提出了一個自適應跨層子

3、載波調度及功率分配機制。該算法給實時業(yè)務（如語音、多媒體業(yè)務）更高的優(yōu)先級，而對于低優(yōu)先級的數據業(yè)務再進一步根據緩沖隊列中的數據包個數公平的分配子載波。仿真結果顯示，基于信道統(tǒng)計相關性的資源調度算法在系統(tǒng)總容量上有微小降低，但算法復雜度大大降低；在性能上也優(yōu)于基于路徑損耗的資源調度算法；我們提出的跨層子載波調度及功率分配機制改善了實時業(yè)務的時延性能，提高了OFDMA系統(tǒng)的頻譜效率。
　　 在基于OFDM技術的多跳認知無線網絡中，

4、針對顏色敏感的圖著色（CSGC）頻譜分配模型，我們將功率控制引入CSGC模型來避免二級用戶之間的干擾以及適應拓撲的動態(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不同的優(yōu)化策略下形式化為最大化問題，目標函數是針對整個路由進行優(yōu)化，而不是鏈路；然后提出了一個啟發(fā)式算法對該NP問題進行求解。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將每個鏈路的發(fā)射功率

5、最大化來提高鏈路帶寬。仿真結果表明，我們提出的算法比已有算法能獲得更高的總網絡帶寬和最小路由帶寬。
　　 異構無線網絡的主要挑戰(zhàn)是如何高效利用各種接入網的無線資源，針對異構無線網絡基站或AP的容量差異及業(yè)務分布不均，導致通信熱點地區(qū)的新呼叫因負載過重大量阻塞，而相鄰輕負載小區(qū)卻有容量盈余的現象，本文提出了幾種聯合呼叫接納控制及ad hoc網絡多跳路由算法的負載均衡策略，以提高整個異構網絡的資源利用率。該均衡策略依據是否利于多跳轉

6、移來決策新呼叫的接入，然后將部分流量轉移到附近輕負載小區(qū)。仿真結果表明，提出的負載均衡策略能有效改善網絡系統(tǒng)的負載均衡指數，徹底避免呼叫阻塞現象。
　　 為了改善蜂窩網、WLAN、WiMAX等異構網絡重疊覆蓋的熱點通信地區(qū)的呼叫阻塞概率、吞吐量等網絡性能，提出了兩個基于ad hoc網絡N跳路由算法的協作負載均衡策略，以提高整個異構網絡的資源效率。該策略首先根據無線資源管理策略來決定是否接納一個新呼叫，在重負載情況下根據最小價格轉

7、移策略或最輕負載基站及最近業(yè)務轉移策略來選擇特定業(yè)務轉移到目標基站或AP，這些業(yè)務轉移策略考慮了基站負載指數、跳數、業(yè)務預測、轉移開銷等因素。一個分析模型用來計算兩個不同業(yè)務模型下的系統(tǒng)呼叫阻塞概率及吞吐量性能。仿真結果表明，提出的負載均衡策略比HM-MACA和HS-TC策略更能將業(yè)務均勻的分布到整個異構無線網絡，降低呼叫阻塞概率，改善系統(tǒng)吞吐量性能。
　　 異構無線網絡中基于網絡效用的資源管理及網絡選擇算法是研究的熱點，本文提

8、出了基于經濟模型且具有QoS保證的無線資源分配及網絡選擇算法。在CDMA網絡上行鏈路，分析了考慮多小區(qū)干擾功率的資源分配約束條件，然后在不同負載情況下對目標函數為網絡社會福利最大化的資源優(yōu)化分配問題進行了求解；當WLAN網絡通過控制沖突概率來達到最大吞吐量時，我們得到了資源公平分配時網絡收益的閉環(huán)表達式。對CDMA/WLAN異構重疊網絡根據負載狀況不同提出了不同的接入控制機制及負載均衡策略。仿真結果表明，提出的資源分配算法在單一網絡環(huán)境