第1章 绪论

随着无线通信产业的快速发展，大量具有鲜明特点的无线接入技术(RAT，Radio Access Technology)不断涌现。基于 IEEE 802.15.4 标准的 Zigbee 无线组网技术具有低功耗、低数据速率、低成本等特点[1]；适用于近距离个人通信的蓝牙(Bluetooth)技术能够简化移动终端间通信，稳定、高效地传输数据[2]；基于 IEEE 802.11 系列标准的无线局域网(WLAN，Wireless Local Area Network)组网灵活、安装简便；而移动蜂窝网络则可提供全球无缝覆盖。伴随各种无线网络影响范围的日益扩大，某些区域可能会被多种无线网络同时覆盖，即形成异构无线网络(Heterogeneous Wireless Networks)。 每种 RAT 诞生于特定的应用背景，为适应不同的业务需求而设计，其中使用最广泛的两类是移动蜂窝网络和基于 IEEE 802.11 标准的 WLAN。移动蜂窝网络经历四代系统演进，目前由 3GPP(3rd Generation Partnership Project)制定的 LTE(Long Term Evolution)系统已大规模投入使用。鉴于 WLAN 数据传输速率高、成本低廉、易于布放等特点，如今已成为人员密集区域解决无线接入问题的首选方案。蜂窝网络在覆盖范围上具有明显优势，而 WLAN 则拥有更强的数据传输能力，它们构成的异构无线网络场景如图 1-1 所示。

.........

第2章 异构无线网络资源管理的关键技术

2.1  系统模型

本文的系统结构如图 2-1 所示。在系统中 UE 至少可接入一种无线网络，每种网络由采用相同 RAT 的 AP 或 eNodeB 组成。在接入网络的 AP/eNodeB 处和蜂窝载波后端分别有一个资源控制实体。蜂窝载波后端的实体负责为异构无线网络中的独立系统提供引导，并且指引 UE 重配置，以满足全局性能目标或策略要求，该实体在大时间范围(以秒计)内，通过平均统计的方式为 UE 分配AP 或 eNodeB，用以提供可用连接。AP/eNodeB 在小时间范围(以毫秒计)内管理其相应接入技术的无线资源，并统计连通性参数的短期变化情况。在 3GPP  LTE 系统架构演进(SAE，System Architecture Evolution)中，分组数据网关(PDG，Packet Data Network  Gateway)表示数据隧道的终点(出入口节点)，包括分组网关(Packet Gateway)和信令网关(Signaling Gateway)。在 3GPP LTE 标准中描述的移动性管理实体(MME，Mobility Management Entity)，在载波后端负责管理当 UE 由一种接入技术转向另一种接入技术时的相关信息。

2.2 接入控制技术

在蜂窝网络中，一般使用正六边形的蜂窝表示一个基本的无线覆盖单元，多个六边形彼此相连就构成对某一地域的覆盖表示。之所以可以建立这样的模型是由于同种类型的基站在无线性能方面基本相似，并不存在太大的差异。而在蜂窝网络和 WLAN 所构成的异构无线网络中，情况就要复杂得多，使得蜂窝模型在描述异构无线网络时存在诸多不便之处。首先，WLAN 的覆盖范围通常要小于蜂窝小区，如果继续使用蜂窝模型描述无线覆盖范围，将会产生多种尺寸相差巨大的小区。其次，蜂窝模型不适宜表示不同无线网络重叠覆盖的情况。与经过规划的基站选址不同，WLAN 布放具有很大的不确定性。WLAN 可能由网络运营商规划布放，也可能由个人随机布放。WLAN 可能完全处于某个蜂窝小区内部，也可能同时与两个或多个蜂窝小区同时重叠覆盖。并且 WLAN 可能非全天候存在，在某些时段 WLAN 会关闭。第三，蜂窝小区是传统蜂窝模型中的基本单位，不便于描述小区内部的异构网络性能。

第3章 基于多目标优化的接入控制算法 ..................... 41

3.1  引言 .............................. 41

3.2  基于代价的接入控制分析模型 ............................. 42

第4章 基于马尔科夫过程的负载均衡算法 .......................... 63

4.1  引言 ............................... 63

4.2  运动状态对负载的影响 .......................... 64

第5章 多属性决策垂直切换判决算法 ............................. 83

5.1  引言 ................................ 83

5.2  模糊层次分析法 ..........................85

第5章 多属性决策垂直切换判决算法

5.1  引言

基于层次分析法的垂直切换算法(SINR  and  AHP  based  Simple  Additive Weighting, SASAW)，可以针对不同的业务类型，对参与判决的因素在判决结果中的权重做出调整，是一种具有通用性的多属性判决方法[154]。采用 AHP 在确定各判决属性权重时，需要保证判决矩阵具有一致性。当最初建立的判决矩阵不具有一致性时，则需经过多次调整判决矩阵中的元素，使判决矩阵满足数学上的一致性要求。这可能使最终结果与决策者的判断产生较大差异。另外，这些垂直切换判决算法是根据当前的判决属性为 UE 选择最佳的接入位置。如果参与判决的因素快速变化，切换将会频繁发生，即发生乒乓效应。对于系统而言，乒乓效应将会降低系统资源的利用率；对于用户而言，乒乓效应不但会消耗更多的 UE 能量，而且会增加会话中断的可能，降低用户满意度。

5.2 模糊层次分析法

诞生于上世纪 70 年代 AHP 是一种定性分析与定量分析相结合的综合决策方法。AHP 的决策过程分为 5 个步骤：确立判决目标、建立分析结构、构造判决矩阵、单层次排序、总排序。通过计算各层次构成要素对总目标的组合权重，得出对不同方案的综合评价。AHP 中的关键是建立判决矩阵，判断矩阵直接影响到最终的判决结果。然而，AHP 中判决矩阵的建立具有以下难点：第一，判断矩阵一致性难以检验。在 AHP 中通过判决矩阵的最大特征根对判决矩阵的一致性进行检验。当最大特征根与判断矩阵的阶数相等时，判断矩阵具有一致性；否则，判断矩阵不具有一致性。当参与判决的因素较多时，判断矩阵的阶数较大，难于计算特征根。第二，检验标准缺乏理论依据。在 AHP 中如果经过调整的判决矩阵最终仍无法满足严格的一致性条件时，则通过一致性比例(CR，Consistency  Ratio)对一致性进行宽泛判断。CR 依赖于一致性指标(RI，Random Index)，而 RI 是经验值。第三，判决矩阵数学上的一致性与决策者判断存在较大差异。为使判决矩阵满足数学上的一致性，常常需要对决策者最初的判决矩阵进行多次调整，可能导致与决策者的初衷产生较大偏差[155]。

..........

结  论

为异构无线资源管理提供了若干解决思路和有价值的研究成果。本文的主要贡献可归纳为： (1)  针对异构无线网络中多个彼此矛盾的性能衡量指标，提出了一种多目标优化接入控制算法。建立 LTE 与 WLAN 间的接入代价转换关系，依据不同位置的接入代价，将异构无线网络的覆盖范围划分为若干个代价相等的区域，降低了由于 WLAN 数量及位置关系不同而引起的分析复杂度。通过基于代价的接入控制分析模型，对包含 WLAN 的蜂窝小区进行接入与切换性能分析。由于无线资源的稀缺性，不可能使全部性能指标同时达到最优值。结合接入控制对用户和网络两方面的影响，综合用户侧和网络侧多个彼此矛盾的指标，将网络侧的接入控制转化为非线性多目标优化问题，并以帕累托最优解为指引，对新呼叫请求和切换请求进行准入控制。所提出的多目标优化接入控制算法能在系统吞吐量性能最优、新呼叫性能保持良好的情况下，优化了终端在服务过程中的切换性能。

(2)  针对不同业务类型以及移动状态的用户，提出了一种基于马尔科夫过程的负载均衡算法。在异构无线网络环境下，对不同运动状态的用户进行负载转移进行了研究，得到其对不同网络利用率所造成的影响。

..............

参考文献（略）