基于接收信号强度的垂直切换的研究_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于接收信号强度的垂直切换的研究_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

y Functionbased Access Selection)，该方法包含 3 个部分：小区分级、效用函数计算和目标小区确定。 如果小区负载严重则减小该小区的南京邮电大学通达学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 6 效用值 ，在维持用户 QoS 要求的同时，平衡系统利用效率和小区负载状况。 文献 [16]提出了一种基于系统资源利用率和用户接收 QoS 的框架，用来评估垂直切换算法的性能，作者应用这一框架比较了 2 种不同算法的性能。 文献 [17]提出了一种 WLAN 和 CDMA 网络的垂直切换算法，这种算法把垂直切换分级为切换判决过程和移动 IP 注册过程，然后切换初始化由接收信号强度决定，为了减少不必要的切换概率，考虑了基于 RSS 准则的切换初始化模型。 同时提出了基于 context 信息的网络选择机制，如掉线概率、阻塞率、业 务等级 (GoS， Grade of Service)、速度等信息。 利用速度门限最优化系统性能。 综合上面分析 ， 就现有研究而言，垂直切换技术在切换性能、切换判决和互操作控制等方面仍然面临巨大的挑战，现有研究还存在明显的不足：一是切换性能的优化。 垂直切换要保证与底层接入技术的无关性，必须在高层实现，而这种高层的通用性又必然带来性能上的损失。 二是高效、可行的切换判决方法。 垂直切换判决是典型的多标准判决问题，现有研究存在可行性差、乒乓效应显著、不利于网络资源有效利用等缺点。 南京邮电大学通达学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 7 第 二 章 异构无线网络资源管理技术概述 下一代无线网络将是融合多种接入技术的异构无线网络，各接入网络在技术和业务能力方面有很大差异而又具有互补特性，无线资源管理技术是实现异构无线网络真正融合的关键技术之一。 本章首先对目前广泛研究的异构无线网络融合架构模型进行了阐述。 其次，对移动通信网络中的无线资源管理技术进行了总结，介绍了异构无线网络资源管理。 最后，重点介绍了垂直切换这种异构无线网络资源管理关键技术。 本章旨在阐述异构无线网络中的资源管理技术研究的相关背景知识和关键技术，并对其新进展和面临的挑 战进行了较为全面的总结和介绍。 引言 随着无线通信业务需求的不断发展，无线网络快速演进并大量成功部署。 下一代无线网络将是无线个域网 (wPAN)、无线局域网 (WLAN)、无线城域网 (WMAN)、无线广域网 (WWAN)、以及自组织网络 (Ad Hoc)等多种异构接入网络并存的异构无线网络。 这些无线接入技术由不同标准化组织制定，通常在覆盖范围、接入速率、容量、移动性和业务特性等方面有着很大差异，其适用的场景各有侧重，彼此之间很难相互替代，所以在分析异构无线网络资源管理关键技术问题之前，需要首先考虑异构无线网 络系统的结构模型，从而根据特定的网络模型和应用场景给出相应的算法机制和性能分析。 传统通信网络无线资源管理 (RRM， RadioResoureeManagement)的目标是在有限带宽的条件下，各种资源管理机制 (接纳控制、切换技术、功率控制、信道分配、调度技术、负载均衡等 )尽力而为地为其网络内无线终端用户提供服务质量 (QoS， Quality of Serviees)保障。 而未来的异构无线网络资源管理则是一组网络的控制机制的集合，采用统一的方式进行集中管理，支持网络信息共享、资源共享，从而实现无线资源的联合优化 利用，因此未来异构无线网络的资源管理是一种联合管理的形式。 接纳控制作为无线资源管理的一种重要技术，综合分析当前的网络状态 (包括已接纳用户的状态信息、新进用户的资源要求 )，判定当前网络的可用资源是否满足新进用户的QoS 需求，从而保证允许接入的用户的服务质量。 传统的接纳控制策略，基本着眼于单一方面进行接纳控制判决，没有考虑到异构无线网络中不同网络间的差异和不同类型业务的QoS 需求差异，无法适应异构融合网络中多网络、多业务的特点。 在异构无线网络中，不仅同样存在单接入网络系统容量有限的问题，而且增加了如何优化使用 多接入网络和垂直切换的问题。 当新的连接到达时，异构无线网络的接纳控制策略需要判断发起连接请求的网络和互联的其它网络是否有空闲资源，遵循怎样的策略机制来判决是否接纳当前连接请求。 另外，垂直切换不仅能够保证多接口终端用户的无缝漫游，而且可以为用户选择更好的接入网络以满足其服务质量要求，同时优化异构无线网络资源的使用。 在本章中，首先介绍了四种典型的异构无线网络融合架构及其特点。 其次，对无线资南京邮电大学通达学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 8 源管理技术进行阐述，包括移动通信网络中的资源管理关键技术，异构无线网络资源管理的特点及研究进展。 然后，对移动通信网络中的接 纳控制研究进行了归纳总结，介绍了异构无线网络接纳控制面临的挑战及研究现状。 再次，介绍了异构无线网络中特有的垂直切换机制，为后续章节算法的提出奠定基础。 最后，对异构无线网络资源管理进行小结，并进一步印证本文的选题意义及贡献。 异构无线网络融合架构 典型的未来无线通信网络以 3G为代表的远距离无线接入和以 WLAN 为代表的短距离无线接入的混合接入方法为主，其它接入方法如 2G、 、卫星通讯等为辅，构成多重叠多交叉的无线网络覆盖向用户提供泛在、无缝服务，使得用户在任何地方都可以接受运营商提供的无线接入服务， 而且在用户漫游时可获得与归属业务区内完全相同的无线通信服务的能力，因此对网络融合技术提出了新的要求。 以蜂窝网络为参考网络，目前广泛研究的典型的异构网络互联场景包括以下几种情形 :蜂窝网络同短距离无线局域网 (如 WLAN)的互联，基于不同制式蜂窝网络间的互联 (如 GSM和 UMTS的互联， TD— SCDMA与 WCDMA 混合组网等 )，蜂窝网络及其演进版 (LTE， Long 一 Term Evolution)和 WIMAX 的混合组网，蜂窝网络和自组织网络 (Ad Hoc 网络 )的互联等。 典型互联场景有 : (l)蜂窝网络同 WLAN 的 互联 无线通信系统正在向无缝融合的异构网络体系发展演进， WLAN 由于能够提供较高的数据传输速率而被用来与蜂窝网络进行融合，作为蜂窝网络在热点地区的高速数据传输网络，为用户提供高速率数据服务。 二者互联可以有效互补各自的优缺点以增加网络覆盖和容量，目前已经达成共识。 相对蜂窝技术而言， WLAN 的覆盖范围较小，通常作为蜂窝网络的末端子网或可独立工作的网络，部署在室内和机场 !宾馆等热点地区。 两种网络接入技术各有所长，实现互联互通的融合，应用前景广阔。 目前典型的互联架构有 GPRS 一 WLAN互联， 3GPP 一 WLAN 互联， 3GPPZ 一 WLAN 互联等。 欧洲电信标准协会 (ETSI定义了两种互联方案 :紧耦合 (Tight Coupling)架构和松耦合(Loose CouPling)架构。 以 WLAN 和 UMTS 网络互联为例，在紧耦合架构中， WLAN 直接连接到蜂窝网络的核心网，作为 3G 核心网的无线接入网 (RAN)之一。 在这种情形下， WLAN 的数据需要通过蜂窝网的核心网络传送到外部的数据网络中。 紧耦合架构的优点是可以重复利用 UMTS 执行移动性管理相关问题，例如路由、认证、切换、计费等。 WLAN 可利用蜂窝网强大的用户数据库，对垂直切换仅 需要有限数量的实体，而且大量决策处理需要的信息很容易得到，从而在这种耦合方式下信令数据和传输延迟都得到改善。 紧耦合架构的不足之处在于 UMTS 的带宽远低于 WLAN，容易造成数据在 UMTS 和 WLAN 之间互传时的带宽瓶颈，并且对于已有的不能支持 UMTS 协议的 WLAN 用户终端而言，无法使用紧耦合架构。 对于松耦合架构， WLAN 可看作是蜂窝接入网的补充部分，同蜂窝网的核心网络之间没有数据接口。 南京邮电大学通达学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 9 松耦合方式对己有的 WLAN 用户而言要求添加的新功能最少，具有很强的实用性。 松藕合方式的缺点是需要为实现 WLAN 和 UMTS 的集成而 引入新的网络设备，增加了设备成本。 并且为了进行必要的移动性管理，在 WLAN 中必须实现移动 IP协议，这会增加其漫游时的信令和延迟开销。 综上所述，在紧耦合架构下， WLAN 的数据流必须经过 UMTS 网络，从而影响了网络的吞吐量；在松耦合架构下， WLAN 的数据流不经过 UMTS 网络，而是通过 IP骨干网来传输，路由管理则比较复杂。 因此从运营商角度来看，如果网络拥有大量外部 WLAN用户，则采用松耦合架构比较合适；但若 WLAN 由运营商自有，则采用紧耦合架构可以降低运营成本。 3GPP 也通过了 WLAN 和蜂窝网络互联的工作项目 (workftem)，在 3GPP Release6 的规范中定义了六种互联方案模式，包括 ； 3GPP 系统的接入控制与计费； 3GPP 中基于包交换的服务； 、连续性； 性； 3GPP 的电路交换服务中。 每一种方案相比前一种方案在互联紧密程度上更进一步。 在模式 1 最简单的互通方式中，仅对客户关系上是统一的，用户收到移动运营公司的同一帐单，帐单包括蜂窝网络和 WLAN 业务，但两个网络安全机制可完全独立；在模式 2 中， WLAN 作为移动蜂窝网络互补网络，其认证和 计费需要用移动蜂窝网络的归属位置寄存器 (HLR)和 AAA 等， WLAN 流量出口直接连接到城域网；在模式 3中， WLAN 认证和计费与模式 2 类似，其业务流量出口将由移动蜂窝网络的分组域网关负责；在模式 4 中， WLAN可以直接访问移动蜂窝网络所有业务；在模式 5 中， WLAN 切换受到移动蜂窝网络的控制，其语音业务可以切换到移动蜂窝网络中；在模式 6中， WLAN 无线资源和移动蜂窝网络中无线资源将被统一调度。 (2)基于不同制式蜂窝网络间的互联 基于不同制式蜂窝网络间的互联方式有 GSM 一 UMTS 的互联和 TD一 SCDMA 与 WCDMA的混合组网。 由于当前 GSM 已经广泛部署，而 UMTS 网络正处于规模部署中，因此基于二者制式的网络在相当长的时间内会共存。 UMTS 标准允许用户根据其当前所处的位置，在 UMTS和 GSM 的基站之间漫游。 并且标准还允许用户在二者基站之间的会话切换。 这种形式的互联使得用户在移动过程中时刻保持连接。 考虑 TD— SCDMA 与 WCDMA 的混合组网，通常包括TD— SCDMA 叠加在 WCDMA 网络上，以及 TD— SCDMA 与 WCDMA 互为补充的两种类型的混合组网方案 第 — 种方案的特点是 WCDMA 能够保持地理上的连续覆盖，更大程度上体 现了 WCDMA的发展利益，但也将在两种制式的协调发展、双模终端研发、频率干扰等方面面临许多实际挑战 第二种混合组网方案的发展思路是利用 TD— SCDMA作为城区中的唯 — 3G制式热点，以较高的频谱效率提供针对非对称、高速率的数据业务以及大话务量业务的承载，这种方案更大程度上体现了 TD— SCDMA 的发展利益 这种方案也需要双模手机终端的支持，同时该方案决定了在实际网络运营中两种制式网络的边界难以完全清晰界定，难以实现有效的网络规划与维护监督。 (3)蜂窝网络及其演进版 (LTE)同 wiMAX 的混合组网 作为一种新兴 网络， WIMAX/ 用于满足高速率数据传输需求的通信环境，南京邮电大学通达学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 10 和现有无线网络的互联互通，不仅是对现有无线网络的一种补充，而且可以充分利用现有无线网络的核心网，减少 WIMAX 系统核心网的投资；可以充分挖掘现有网络的用户信息，共用现有网络的计费、鉴权和加密机制；并且充分依托现有网络和业务平台的资源，开展新业务等。 WIMAX/ 和 3G都能提供一定移动性条件下的数据服务，形成一定范围内竞争和互补的局面。 因此，二者的融合、业务的定位以及未来的发展都是值得进一步研究的问题。 考虑祸合 程度从浅入深，移动蜂窝网络和 WIMAX 网络的融合可以参考 3GPP 规定的六种互联模式 :， WIMAX 网络认证和计费模式， 网络接入移动蜂窝网络的标准分组域业务模式， 模式， ， 接入到移动蜂窝标准电路域模式。 如果混合组网， WIMAX 可以通过上文 ETSI 规定的两种方式和现有无线通信网络互联，即紧祸合和松祸合两种方式。 松耦合对现有网络改造较小， WIMAX 直接利用现有网络的AAA(认证、鉴权和计费 )服 务器，避免 WIMAX 数据流经过现有网络的核心网。 这种方式保证了 WIMAX 和现有网络相互独立，并且可以使用移动 IP 支持网间的移动性，但这会导致较高的时延。 在 WIMAX 中建议采用跨层路由协议 (在 协议中称为 层路由协议，位于传统路由层和 MAC 层之间 )来减少 WIMAX 不同基站切换时的延迟，但是无法减少网间的切换延迟，所以这种模式对实时性要求非常高的业务来说是一大挑战。 松耦合模式下两种网络共享 AAA 服务器，使得不同网络在混合的网络环境下使用一致的用户鉴权机制，从而可以使运营商更好的建立自有的业 务模式，充分利用原有计费系统和客户关系。 在网络部署上， WIMAX 组网可以先期考虑采用 3GPP 规定的第一种模式，再通过移动蜂窝网络升级，逐步演进到第四种和第五种模式，而模式六则是终极发展目。