移动多媒体通信网络中的无线资源管理和跨层优化

论文摘要

电信产业全球化和通信技术的飞速发展，极大地推动了人们对无线应用的需求；多媒体应用的日益增长也使得移动通信系统朝着高速、宽带以及严格服务质量需求保证的方向演进。多媒体业务高速高质量的传输需求和无线资源有限性之间的矛盾，以及业务QoS稳定性和系统性能时变性之间的矛盾，为无线资源管理问题的研究带来了严峻挑战。如何为用户提供QoS保证的同时充分利用无线频谱资源，是移动多媒体通信网络必须解决的问题。本文从系统设计的角度出发，重点研究移动多媒体通信网络中基于QoS保证的关键技术。论文首先给出研究的网络环境和无线资源管理模型。明确研究内容(呼叫接纳控制和分组调度)在无线资源管理模型中的作用以及相互之间的关系；并分别对呼叫接纳控制器以及无线分组调度器的设计方法进行了详细介绍，其内容包括相关概念、关键设计以及理论分析方法等，以此作为本论文的研究基础。其次深入研究了多业务应用环境中呼机接纳控制(CAC)算法。针对资源分配中的业务QoS保证和资源利用率如何权衡的问题，提出基于接入概率的呼叫接纳控制算法。然后针对移动多媒体通信系统实例即CDMA蜂窝系统，结合非理想功率控制下容量模型，提出基于自适应接入概率的呼叫接纳控制机制，从而实现业务QoS以及系统效用的在线管理。该算法利用马尔可夫模型的分析结果，依据预定的QoS约束和优化目标，周期性的调整接入概率。通过大量的仿真验证算法的有效性。随后针对自适应多媒体技术在无线网络中的应用，研究了自适应带宽分配机制以及与之相结合的呼叫接纳控制算法。为改善现有算法中无法有效兼顾用户满意度和公平性的问题，提出了业务和用户双重分级的自适应带宽分配策略，确保用户公平性的同时实现平稳QoS。然后以多媒体CDMA蜂窝网络为背景，提出退避缓存和自适应带宽分配相结合的呼叫接纳控制算法。其中退避缓存策略有别于传统基于优先级的队列调度算法，采用请求呼叫主动退避的思想，有效降低阻塞率。仿真结果表明，该策略可以自适应的保证各类业务的QoS要求，有效提高资源资利用率。针对实时多媒体业务的应用环境，论文提出基于QoS保证的自适应跨层调度算法(TCAS)。该算法引入调度概率作为决策因子，利用业务流量和信道状态等跨层信息，设计出基于决策因子的预分配和实时调度相结合的资源分配方法。仿真结果表明，该算法与比例公平调度(PFS)算法、基于信道和调度队列信息的调度策略(CASTI)等经典算法相比，在无线多媒体应用环境中具有更强的适应性、稳定性，可提供多样QoS保证的同时，显著提高资源利用率。最后对全文工作进行了简要的总结，并对未来的研究方向提出了进一步的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1. 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究背景
• 1.3 无线资源管理概述
• 1.4 论文的主要贡献
• 1.5 论文的结构安排
• 2. 研究基础和相关概念
• 2.1 引言
• 2.2 网络模型及无线资源管理模型
• 2.3 呼叫接纳控制器设计方法
• 2.4 无线分组调度器设计方法
• 2.5 本章小节
• 3. 多业务呼叫接纳控制算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 已有相关研究
• 3.3 基于接纳概率的呼叫接纳控制模型
• 3.4 基于自适应接纳概率的的呼叫接纳控制策略
• 3.5 本章小结
• 4. 自适应多媒体业务的呼叫接纳控制算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 已有相关研究
• 4.3 基于自适应带宽分配的呼叫接纳控制策略
• 4.4 基于自适应带宽分配和排队缓存策略的呼叫接纳控制策略
• 4.5 本章小结
• 5. 基于QoS保证的跨层调度算法研究
• 5.1 引言
• 5.2 已有相关研究
• 5.3 系统模型
• 5.4 自适应跨层调度算法
• 5.5 仿真分析
• 5.6 本章小结
• 6. 总结与展望
• 6.1 本文贡献与创新点
• 6.2 未来工作与研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1. 攻读博士期间发表的主要论文
• 附录 2. 攻读博士期间参与的科研工作
• 附录 3. 英文缩写对照表