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基本信息
- 項目名稱：
- 多種無線系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)資源分配機制的設(shè)計與仿真
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 簡介：
- 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是第四代移動通信系統(tǒng)，其設(shè)想是在服務(wù)質(zhì)量保證下，提供支持更多移動用戶和多媒體服務(wù)的帶寬。為了實現(xiàn)這個設(shè)想，聯(lián)合無線資源管理需要在不同的無線網(wǎng)絡(luò)中合理分配資源，使無線網(wǎng)絡(luò)資源達(dá)到最大利用。 動態(tài)信道分配是TD-SCDMA的核心技術(shù)之一，優(yōu)秀的分配算法可以在保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的前提下充分發(fā)揮TD-SCDMA系統(tǒng)資源分配靈活的特點，在包含語音和數(shù)據(jù)的綜合業(yè)務(wù)中獲得最佳的資源利用率。
- 詳細(xì)介紹：
- 帶寬管理在聯(lián)合無線資源管理中是一個重要的挑戰(zhàn)。對網(wǎng)絡(luò)運營商來講，他們希望有限的帶寬能支持盡可能多的用戶來獲得最大的帶寬利用率和收益；另一方面，用戶希望以合理的花費來獲得較好的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。這就需要利用帶寬管理來有效的平衡網(wǎng)絡(luò)運營商和用戶之間的利益。 目前大多數(shù)帶寬管理方法是通過將呼叫接入控制（CAC）和帶寬降級算法相結(jié)合來提高系統(tǒng)帶寬利用率。由于切換呼叫請求優(yōu)先級高于新呼叫請求，為了降低切換呼叫掉線率（HCDP），需要為切換呼叫預(yù)留一部分帶寬?；贑AC 算法的帶寬預(yù)留可以分為靜態(tài)帶寬預(yù)留和動態(tài)帶寬預(yù)留。靜態(tài)帶寬預(yù)留即是為切換呼叫預(yù)留固定數(shù)量的帶寬資源；動態(tài)帶寬預(yù)留即是根據(jù)環(huán)境的改變動態(tài)的調(diào)整預(yù)留帶寬的數(shù)量。有些預(yù)留方案都只是旨在降低HCDP，但過高的預(yù)留帶寬導(dǎo)致了高的新呼叫阻塞率（NCBP）和低的帶寬利用率。在本文中，自適應(yīng)帶寬管理機制是在移動的、多用戶的、多種網(wǎng)絡(luò)的情形下提出的。在多種無線接入網(wǎng)絡(luò)并存的情形下，能合理的預(yù)留和分配資源，提高QoS，將HCDP 維持在理想水平，而且降低了NCBP 并使系統(tǒng)資源利用率達(dá)到最大。 在TD-CDMA系統(tǒng)中， 對于綜合業(yè)務(wù)下的動態(tài)信道分配（DCA）算法，較早的文獻(xiàn)提出了兩種極限的分配方式，即完全分割（CP，Complete Partitioning）和完全共享（CS，Complete Sharing）。在CP DCA方案中，系統(tǒng)資源按照業(yè)務(wù)的類型和QoS要求被預(yù)先分割成對應(yīng)于業(yè)務(wù)的資源塊，當(dāng)一種業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)時，則在相應(yīng)的資源塊中分配資源，而當(dāng)該資源塊中資源不足時，即使分配給其它業(yè)務(wù)的資源塊中有剩余的資源，該業(yè)務(wù)的用戶也只能被阻塞。在CS DCA方案中，多種業(yè)務(wù)共享所有的系統(tǒng)資源，它們之間地位平等，可以同時接入系統(tǒng)并公平地得到服務(wù)，當(dāng)多種業(yè)務(wù)一起到達(dá)時，只要系統(tǒng)中有足夠的剩余資源，系統(tǒng)就會允許該業(yè)務(wù)接入而不用考慮該業(yè)務(wù)到底是何種類型。 可見，CP DCA通過預(yù)先分配資源塊考慮了業(yè)務(wù)的優(yōu)先級，但容易造成資源的浪費；而CS DCA可以充分利用系統(tǒng)資源，但沒有考慮業(yè)務(wù)的優(yōu)先級。特別的，對于CS DCA來說，在實際的通信系統(tǒng)中，不同業(yè)務(wù)間的這種完全平等關(guān)系是不成立的。由于對于實時性的要求不同，不同業(yè)務(wù)具有不同的優(yōu)先級。一般來說，語音業(yè)務(wù)對于實時性要求較高，尤其是語音切換，其優(yōu)先級應(yīng)高于新的語音呼叫以及對實時性要求相對較低的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。若仍采用CS DCA策略，就會造成語音業(yè)務(wù)長時間得不到服務(wù)，語音業(yè)務(wù)的阻塞概率和中斷概率就會很高，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的總體性能下降。 為了解決這些問題，又提出了界于CP和CS之間的混合方案，包括可移動邊界（MB，Movable Boundary）方案、動態(tài)分割（DP，Dynamic Partitioning）方案和雙門限帶寬預(yù)留（DTBR，Dual Threshold Bandwidth Reservation）方案。其中，MB DCA將系統(tǒng)信道劃分為語音信道和數(shù)據(jù)信道，在傳輸過程中，當(dāng)語音信道有空閑而數(shù)據(jù)信道滿負(fù)荷時，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就可借用空閑的語音信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在新的語音呼叫到達(dá)時則無條件讓出借用的語音信道；DP則在MB的基礎(chǔ)上，考慮了切換的影響；DTBR是基于DP的一種分配策略，同時考慮了資源預(yù)留。 在本文中，為了解決這些問題，我們基于對CS DCA算法的研究，同時考慮了語音業(yè)務(wù)的優(yōu)先級高于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級這一客觀事實，對CS DCA算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于語音業(yè)務(wù)優(yōu)先的改進(jìn)CS DCA算法。在該改進(jìn)算法中，語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仍然共享所有的系統(tǒng)信道資源，但在為兩者共同分配信道時，由于語音業(yè)務(wù)優(yōu)先級高于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級，故應(yīng)先為語音業(yè)務(wù)分配信道資源，當(dāng)所有語音業(yè)務(wù)均已分配完成后，再為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分配信道資源。這便是本文提出的改進(jìn)CS DCA算法的核心思想。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 作品一：異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中，由于切換呼叫請求比新呼叫請求優(yōu)先級高， 因此作品通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給不同性質(zhì)的呼叫請求動態(tài)地預(yù)留和分配帶寬，并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源的使用情況進(jìn)行帶寬升降級，以接入更多用戶并滿足不同級別用戶的需求。 作品二：TD-SCDMA系統(tǒng)中，由于語音業(yè)務(wù)對傳輸實時性要求較高，我們提出改進(jìn)的完全共享動態(tài)信道分配算法。它允許語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)動態(tài)共享系統(tǒng)信道資源，且語音業(yè)務(wù)有優(yōu)先使用權(quán)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 1.利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，根據(jù)切換呼叫到達(dá)數(shù)目，為下一時刻切換呼叫用戶預(yù)留帶寬，保證低切換呼叫掉線率。 2.對已分配的帶寬實施動態(tài)調(diào)整，在保證服務(wù)質(zhì)量前提下，對當(dāng)前用戶進(jìn)行帶寬降級，來接入更多新用戶。當(dāng)某些用戶釋放出帶寬資源時，再對當(dāng)前用戶進(jìn)行帶寬升級，提高用戶滿意度。 3.根據(jù)不同業(yè)務(wù)類型，設(shè)置服務(wù)優(yōu)先級，使對延時敏感的語音業(yè)務(wù)優(yōu)先獲得網(wǎng)絡(luò)資源，來改善語音業(yè)務(wù)的性能，提高信道利用率。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 基于無線網(wǎng)絡(luò)資源非常有限的現(xiàn)實，分別針對代表4G的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)和正在應(yīng)用的3G網(wǎng)絡(luò)TD-SCDMA提出了動態(tài)的、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源分配方案。從無線網(wǎng)絡(luò)運營商的角度出發(fā)，追求系統(tǒng)無線資源利用率的最大化，進(jìn)而實現(xiàn)商業(yè)利益的最大化；從用戶的角度出發(fā)，希望以最小的代價在最大程度上滿足用戶的個體需求。本研究提出了應(yīng)用于上述不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的兩種網(wǎng)絡(luò)資源分配優(yōu)化方案，從而有效地平衡了網(wǎng)絡(luò)運營商和用戶之間的利益。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 作品一：異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的無線資源管理問題是第四代無線通信的研究熱點，本文提出了一種自適應(yīng)帶寬管理方案來提高服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)帶寬利用率。為了平衡切換呼叫掉線率和新呼叫阻塞率，該方案通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法給不同性質(zhì)的呼叫請求動態(tài)地預(yù)留和分配帶寬，并通過帶寬升降級接入更多用戶。通過仿真，證實了該方案在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)帶寬管理方面具有優(yōu)勢，提高了資源利用率。 作品二：本文提出了一種適用于TD-SCDMA的改進(jìn)的完全共享動態(tài)信道分配算法。它允許語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)動態(tài)共享系統(tǒng)信道資源，且語音業(yè)務(wù)擁有信道資源優(yōu)先使用權(quán)。與現(xiàn)有相關(guān)算法相比，本文提出的改進(jìn)算法顯著降低呼叫阻塞率，改善語音業(yè)務(wù)的性能。
獲獎情況
- 兩篇作品已被第二屆計算機科學(xué)與信息工程國際會議（2011.06.17-19，長春）收錄.該會議已經(jīng)進(jìn)入IEEE會議列表 (IEEE Conference Record #17768; IEEE Catalog Number: CFP1160F-PRT; ISBN: 978-1-4244-8361-7).兩篇作品將被EI和ISTP同時檢索，并進(jìn)入IEEE Xplore.
鑒定結(jié)果
- 情況屬實
參考文獻(xiàn)
- 作品一： 1. 考慮業(yè)務(wù)之間優(yōu)先級的帶寬管理方案：文獻(xiàn)[1]。 2. 帶寬預(yù)留技術(shù)：文獻(xiàn)[2-4]。 3. 資源分配的公平性：文獻(xiàn)[5]。 作品二: 1. 基于最小干擾的動態(tài)信道分配：文獻(xiàn)[6]。 2. 基于位置和信道質(zhì)量的動態(tài)信道分配。 參考文獻(xiàn)：:(由于字?jǐn)?shù)有限，其他文獻(xiàn)請見“當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述”) [1] C. Luo, etc. “Utility-based multi-service bandwidth allocation in the 4G heterogeneous wireless access networks,” IEEE WCNC, 2009.
同類課題研究水平概述
- 作品一：國內(nèi)外研究的主要方案包括：考慮業(yè)務(wù)之間優(yōu)先級的帶寬管理方案[1]；帶寬預(yù)留技術(shù)，包括基于小區(qū)資源可用性的預(yù)留[2]，利用用戶移動信息的預(yù)留[3,4]，預(yù)計切換掉線率來實現(xiàn)預(yù)留和以公平為目標(biāo)的資源分配方案[5]。通過分析研究現(xiàn)狀，我們提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的帶寬預(yù)留方案并對已分配的資源進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，保證用戶服務(wù)質(zhì)量同時實現(xiàn)資源利用的最大化。作品二：目前關(guān)于TD-SCDMA系統(tǒng)中的DCA研究主要集中在以下幾個方面：基于剩余容量和信道間干擾的DCA[6]?；谟脩粑恢梅植?、信道質(zhì)量和相鄰小區(qū)的信道分配情況的DCA。通過分析TD-SCDMA系統(tǒng)中的DCA算法的研究現(xiàn)狀，我們從業(yè)務(wù)的角度出發(fā)，提出了一個基于用戶業(yè)務(wù)類型的DCA算法，它賦予語音業(yè)務(wù)優(yōu)先信道資源使用權(quán)。具體參考文獻(xiàn)如下： [2] D. Kim, etc. “A novel ring-based performance analysis for call admission control in wireless networks,” IEEE Communications Letters, 2010. [3] K. Andersson, etc. “Bandwidth efficient mobility management for heterogeneous wireless networks,” IEEE CCNC, 2010. [4] Y. Su, etc. “A Novel Measurement-Based Call Admission Control Algorithm for Wireless Mobility Networks under Practical Mobility Model”, IEEE CMC, 2010. [5] 張慧等. 基于價格理論和博弈論的接入控制策略. 通信學(xué)報, 2008. [6] T. Min, etc. “Interference-adaptive fast dynamic channel allocation in TD-SCDMA system,” IEEE Wireless Personal Communications, 2010.
