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异构可重配置网络无线资源管理关键技术研究

作　者: 丁哲
导　师: 徐玉滨
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 异构可重配置网络联合无线资源管理动态频谱分配动态网络规划和管理
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着无线通信系统的不断发展,无线资源管理技术对于提高无线资源利用率、满足多种不同服务质量要求的业务需求至关重要。未来无线通信系统被普遍认为是异构无线通信系统,或者称作异构无线网络,ITU-R在其M.1645建议中指出融合的异构无线网络是未来无线接入系统的两大发展方向之一。软件无线电和可重配置技术为不同无线接入系统的融合和协作提供了有力的技术支撑,将现有无线接入系统及其演进系统通过基于分组的平台整合在一起,实现网络间的协作和互通,从而实现任何时间任何地点的最佳接入。异构无线网络不但能够为用户提供总是最佳的接入,而且异构无线网络还能通过将各种无线接入网络的无线资源进行统一整合和联合管理,从而实现无线资源的优化利用。异构可重配置无线网络中无线资源管理是异构无线网络研究的核心问题,受到了越来越多的关注。本文分别对异构可重配置无线网络中的联合无线资源管理、动态频谱分配、动态网络规划和管理三种无线资源管理关键技术进行了详细的分析和深入的研究,主要围绕着如何保证用户服务质量并且提高异构无线网络无线资源利用率这一核心,基于模糊逻辑系统、图论、最优化理论、整数规划、遗传算法等相关理论和方法,改进现有联合无线资源管理、动态频谱分配、动态网络规划和管理算法,提出新的无线资源管理解决方法。首先,对于联合无线资源管理,通过排队论理论对异构无线网络环境下联合无线资源管理进行了建模和分析,从理论上说明了联合无线资源管理能够保证用户服务质量提高无线资源利用率的原因。模糊逻辑算法是实现联合无线资源管理的最有效算法之一,通过对不同无线接入技术各自特点的分析,设计了一套针对不同无线接入技术特点的模糊规则,改善了基于模糊逻辑的联合无线资源管理算法的性能。提出了具有无线资源重分配功能的联合无线资源管理,运用图论相关理论对UMTS+WLAN场景进行建模,并且设计了基于业务转移的无线资源重分配方法,更好的保证了用户服务质量,提高了异构无线网络的整体无线资源利用率。其次,对于动态频谱分配,以遗传算法为基础进行动态频谱分配方法的研究。目前动态频谱分配中采用的遗传算法多为标准遗传算法,而标准遗传算法存在一定概率将全局最优解遗失,因此引入保优遗传算法,提出了基于保优遗传算法的针对小区的动态频谱分配方法,以提高动态频谱分配算法的性能。通过对城市环境中动态频谱分配问题的特点和难点进行分析,提出了一种针对城市环境的快速动态频谱分配方法,通过将动态频谱分配问题进行合理的拆分并且分别独立解决,在保证较高的频谱资源利用率的前提下,极大的降低了动态频谱分配算法的运算复杂度,更好的保证了动态频谱分配的实时性要求。最后,对于灵活频谱分配的动态网络规划和管理,目前还没有提出有效的解决方法,因此对灵活频谱分配的动态网络规划和管理解决方法进行研究。将灵活频谱分配的动态网络规划和管理建模为一个嵌套的最优化问题,其内层最优化问题可建模为整数优化问题,外层最优化问题类似于动态频谱分配问题。提出了分层优化的动态网络规划和管理方法,采用分支定界法和遗传算法两种最优化方法嵌套在一起构成灵活频谱分配的动态网络规划和管理方法,并且通过仿真验证了所提出的灵活频谱分配的动态网络规划和管理方法的有效性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-13
第1章绪论  13-31
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  13-15
  1.2 国内外发展及研究现状  15-22
  1.3 异构无线网络无线资源管理相关技术  22-29
    1.3.1 移动性管理  22-24
    1.3.2 协同无线资源管理  24-26
    1.3.3 动态频谱分配  26-27
    1.3.4 自主管理  27-29
  1.4 学位论文的主要研究内容  29-31
第2章异构可重配置网络无线资源管理关键技术  31-48
  2.1 异构可重配置无线网络环境  31-33
  2.2 联合无线资源管理  33-38
    2.2.1 联合无线资源管理算法的一般框架  33-35
    2.2.2 联合无线资源管理常用算法  35-38
  2.3 动态频谱分配  38-44
    2.3.1 动态频谱分配的基本原理  39-40
    2.3.2 动态频谱分配的一般框架  40-42
    2.3.3 动态频谱分配中的业务量预测  42-44
  2.4 动态网络规划和管理  44-46
  2.5 本章小结  46-48
第3章联合无线资源管理方法研究  48-81
  3.1 业务模型  48-52
    3.1.1 泊松业务模型  48-50
    3.1.2 自相似业务模型  50-52
  3.2 排队论分析联合无线资源管理  52-55
  3.3 基于模糊逻辑的联合无线资源管理  55-71
    3.3.1 模糊逻辑系统  56-59
    3.3.2 基于模糊逻辑的联合无线资源管理算法  59-67
    3.3.3 仿真与分析  67-71
  3.4 具有无线资源重分配功能的联合无线资源管理  71-80
    3.4.1 具有无线资源重分配功能的联合无线资源管理框架  72-74
    3.4.2 图论基本概念  74
    3.4.3 系统模型建立  74-76
    3.4.4 基于业务转移的无线资源重分配算法  76-78
    3.4.5 仿真与分析  78-80
  3.5 本章小结  80-81
第4章动态频谱分配方法研究  81-111
  4.1 遗传算法  81-86
  4.2 基于遗传算法的针对小区的动态频谱分配  86-99
    4.2.1 针对小区的动态频谱分配系统模型  87-88
    4.2.2 基于遗传算法的针对小区的动态频谱分配算法  88-95
    4.2.3 仿真与分析  95-99
  4.3 针对城市场景的快速动态频谱分配  99-110
    4.3.1 城市频谱需求空间分布模型  100-101
    4.3.2 针对城市场景的快速动态频谱分配算法  101-106
    4.3.3 仿真与分析  106-110
  4.4 本章小结  110-111
第5章动态网络规划和管理方法研究  111-129
  5.1 灵活频谱分配的动态网络规划和管理  111-112
  5.2 系统模型  112-116
  5.3 分层优化的动态网络规划和管理算法  116-123
    5.3.1 内层最优化问题模型  116-118
    5.3.2 内层最优化问题解决方法  118-121
    5.3.3 外层最优化问题模型及解决方法  121-123
  5.4 仿真与分析  123-127
  5.5 本章小结  127-129
结论  129-131
参考文献  131-145
攻读博士学位期间所发表的论文及其它成果  145-147
致谢  147-148
个人简历  148

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