無線蜂窩通信系統(tǒng)呼叫接納控制相關(guān)模型及其QoS研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)、傳輸技術(shù)的迅猛發(fā)展，客觀上使下一代通信網(wǎng)絡(luò)同時(shí)承載語音、數(shù)據(jù)、多媒體等業(yè)務(wù)成為必然。已經(jīng)有越來越多的用戶利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作、學(xué)習(xí)、娛樂，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）也越來越成為用戶和運(yùn)營商共同關(guān)心的問題。一方面，用戶不希望自己購買的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量受到侵害，另一方面，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商也希望自己的投入能達(dá)到最大的產(chǎn)出。對(duì)網(wǎng)絡(luò)QoS的研究一直與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展相隨相伴，QoS的實(shí)現(xiàn)與資源管理密切相關(guān)。 流量模型是資源管理賴以研究的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)

2、的流量模型都是假設(shè)隨到接入的，這與實(shí)際系統(tǒng)的接入方式并不相符，實(shí)際系統(tǒng)的時(shí)間幾乎都是被時(shí)隙化的。模型與實(shí)際的差異會(huì)對(duì)模型精度造成多大影響常常是流量模型研究中被忽視的問題，相關(guān)的文獻(xiàn)就作者所知目前還沒有見到。本文就傳統(tǒng)的間斷泊松模型（IPP）對(duì)這種誤差做了研究，從數(shù)學(xué)根源上闡明了誤差產(chǎn)生的原理。對(duì)IPP模型經(jīng)過時(shí)隙化接入后的動(dòng)態(tài)流量均值以及傳統(tǒng)IPP模型經(jīng)時(shí)隙接入后的誤差近似公式做了推導(dǎo)，仿真表明考慮了時(shí)隙接入影響的IPP模型的動(dòng)態(tài)流量均

3、值與仿真值非常一致，相比傳統(tǒng)IPP模型具有更高的精度，誤差近似公式與仿真結(jié)果也高度一致，表明這兩者的理論結(jié)果是可信的。本文的IPP流量均值誤差公式還表明，只要接入的延時(shí)足夠短，或者時(shí)隙足夠小，時(shí)隙對(duì)傳統(tǒng)流量模型精度的影響也很小，基本可以忽略。這個(gè)結(jié)論為我們放心使用傳統(tǒng)流量模型提供了理論依據(jù)，也使得后面對(duì)流量模型的研究可以不再考慮時(shí)隙化接入帶來的影響。 實(shí)施呼叫接納控制必須先已知網(wǎng)絡(luò)流量。流量信息通常有兩種獲取方式，一是借助流量模

4、型，二是對(duì)流量進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。CAC常用的流量模型有五種，但是這五種模型在流量描述和計(jì)算復(fù)雜度上互有利弊，缺少一種計(jì)算上相對(duì)簡(jiǎn)單同時(shí)又能描述動(dòng)態(tài)流量分布的瞬時(shí)流量模型。本文提出了一種增強(qiáng)型ON/OFF流量模型。它是在傳統(tǒng)ON/OFF流量模型基礎(chǔ)上，通過修改傳統(tǒng)模型假定的恒定流量為隨機(jī)流量、ON和OFF狀態(tài)以固定概率相互轉(zhuǎn)換為ON狀態(tài)持續(xù)時(shí)間分布，以及增加一個(gè)突發(fā)到達(dá)時(shí)間的概率分布作為已知條件得到的。該模型克服了傳統(tǒng)ON/OFF模型不能描述

5、流量隨時(shí)間動(dòng)態(tài)分布的缺點(diǎn)。本文通過推導(dǎo)給出了該模型在任意時(shí)刻的流量分布式，以及任意時(shí)刻的流量均值表達(dá)式。本文還給出了突發(fā)到達(dá)過程服從泊松過程、突發(fā)持續(xù)時(shí)間服從指數(shù)分布時(shí)，系統(tǒng)在任意時(shí)刻的流量分布和均值計(jì)算公式。并且為了計(jì)算可行性，還推導(dǎo)出了公式中概率的簡(jiǎn)化計(jì)算式。之后對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)流量均值做了仿真，結(jié)果與理論值一致。 在蜂窩無線通信中，用戶的移動(dòng)行為對(duì)小區(qū)性能有重大影響。由于人們的移動(dòng)行為受太多因素的影響，現(xiàn)有的模型往往不但復(fù)雜，結(jié)

6、果離應(yīng)用也有很大距離。本文提出了一個(gè)蜂窩無線通信系統(tǒng)的一般用戶移動(dòng)模型，它將小區(qū)中的呼叫分為本地呼叫、本地切換到外地的呼叫、外地切換到本地的呼叫三類，當(dāng)每類呼叫的小區(qū)信道占用時(shí)間、帶寬分布、到達(dá)過程都已知時(shí)，對(duì)小區(qū)帶寬占用均值的預(yù)測(cè)就可以利用第三章的結(jié)果。這個(gè)一般移動(dòng)模型用帶寬作為模型的資源參數(shù)，克服了許多模型以信道數(shù)作為資源占用單位這種不適合分析分組通信的缺點(diǎn)。在該模型下，本文接著提出了一種以概率方式進(jìn)行CAC的策略，并給出了該策略下

7、優(yōu)化問題的約束條件和目標(biāo)方程，最后做了仿真并分析了該CAC的利弊。 為了解決多業(yè)務(wù)共享傳輸帶寬時(shí)的QoS保障問題，IETF組織提出了區(qū)分業(yè)務(wù)的DiffServ QoS模型，其基本思想就是將系統(tǒng)帶寬按業(yè)務(wù)類別分割，每類業(yè)務(wù)獲得一份帶寬配額。以往帶寬分割的不足在于以帶寬分配以信道為單位，無法實(shí)現(xiàn)“無級(jí)”方式的分割，這對(duì)分組交換網(wǎng)絡(luò)是沒有太大意義的。本文提出了一種近似“無級(jí)”的帶寬動(dòng)態(tài)分割策略。它利用了基于有效帶寬的CAC策略得到的結(jié)果

8、，即在帶寬溢出概率小于給定值的QoS要求下，系統(tǒng)允許的最大用戶數(shù)與容量之間滿足的關(guān)系式。本文動(dòng)態(tài)分割算法先保證業(yè)務(wù)帶寬最小配額與當(dāng)前用戶數(shù)相匹配，然后用搜索的方式獲得使所有業(yè)務(wù)的有效帶寬和最大時(shí)的各帶寬配額。業(yè)務(wù)帶寬分割粒度取決于搜索步長，因而可以實(shí)現(xiàn)近似的“無級(jí)”。本文還給出了業(yè)務(wù)帶寬服從指數(shù)分布時(shí)的具體優(yōu)化方程，并對(duì)雙業(yè)務(wù)下的帶寬分割做了仿真。 對(duì)點(diǎn)過程流量模型的帶寬動(dòng)態(tài)消耗做了研究。掌握帶寬動(dòng)態(tài)消耗過程可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行接納