基本信息
- 项目名称：
- 多种无线系统中网络资源分配机制的设计与仿真
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 异构无线网络被认为是第四代移动通信系统，其设想是在服务质量保证下，提供支持更多移动用户和多媒体服务的带宽。为了实现这个设想，联合无线资源管理需要在不同的无线网络中合理分配资源，使无线网络资源达到最大利用。 动态信道分配是TD-SCDMA的核心技术之一，优秀的分配算法可以在保证业务服务质量的前提下充分发挥TD-SCDMA系统资源分配灵活的特点，在包含语音和数据的综合业务中获得最佳的资源利用率。
- 详细介绍：
- 带宽管理在联合无线资源管理中是一个重要的挑战。对网络运营商来讲，他们希望有限的带宽能支持尽可能多的用户来获得最大的带宽利用率和收益；另一方面，用户希望以合理的花费来获得较好的服务质量(QoS)。这就需要利用带宽管理来有效的平衡网络运营商和用户之间的利益。 目前大多数带宽管理方法是通过将呼叫接入控制（CAC）和带宽降级算法相结合来提高系统带宽利用率。由于切换呼叫请求优先级高于新呼叫请求，为了降低切换呼叫掉线率（HCDP），需要为切换呼叫预留一部分带宽。基于CAC 算法的带宽预留可以分为静态带宽预留和动态带宽预留。静态带宽预留即是为切换呼叫预留固定数量的带宽资源；动态带宽预留即是根据环境的改变动态的调整预留带宽的数量。有些预留方案都只是旨在降低HCDP，但过高的预留带宽导致了高的新呼叫阻塞率（NCBP）和低的带宽利用率。在本文中，自适应带宽管理机制是在移动的、多用户的、多种网络的情形下提出的。在多种无线接入网络并存的情形下，能合理的预留和分配资源，提高QoS，将HCDP 维持在理想水平，而且降低了NCBP 并使系统资源利用率达到最大。 在TD-CDMA系统中， 对于综合业务下的动态信道分配（DCA）算法，较早的文献提出了两种极限的分配方式，即完全分割（CP，Complete Partitioning）和完全共享（CS，Complete Sharing）。在CP DCA方案中，系统资源按照业务的类型和QoS要求被预先分割成对应于业务的资源块，当一种业务接入系统时，则在相应的资源块中分配资源，而当该资源块中资源不足时，即使分配给其它业务的资源块中有剩余的资源，该业务的用户也只能被阻塞。在CS DCA方案中，多种业务共享所有的系统资源，它们之间地位平等，可以同时接入系统并公平地得到服务，当多种业务一起到达时，只要系统中有足够的剩余资源，系统就会允许该业务接入而不用考虑该业务到底是何种类型。 可见，CP DCA通过预先分配资源块考虑了业务的优先级，但容易造成资源的浪费；而CS DCA可以充分利用系统资源，但没有考虑业务的优先级。特别的，对于CS DCA来说，在实际的通信系统中，不同业务间的这种完全平等关系是不成立的。由于对于实时性的要求不同，不同业务具有不同的优先级。一般来说，语音业务对于实时性要求较高，尤其是语音切换，其优先级应高于新的语音呼叫以及对实时性要求相对较低的数据业务。若仍采用CS DCA策略，就会造成语音业务长时间得不到服务，语音业务的阻塞概率和中断概率就会很高，从而导致系统的总体性能下降。 为了解决这些问题，又提出了界于CP和CS之间的混合方案，包括可移动边界（MB，Movable Boundary）方案、动态分割（DP，Dynamic Partitioning）方案和双门限带宽预留（DTBR，Dual Threshold Bandwidth Reservation）方案。其中，MB DCA将系统信道划分为语音信道和数据信道，在传输过程中，当语音信道有空闲而数据信道满负荷时，数据业务就可借用空闲的语音信道进行数据传输，在新的语音呼叫到达时则无条件让出借用的语音信道；DP则在MB的基础上，考虑了切换的影响；DTBR是基于DP的一种分配策略，同时考虑了资源预留。 在本文中，为了解决这些问题，我们基于对CS DCA算法的研究，同时考虑了语音业务的优先级高于数据业务的优先级这一客观事实，对CS DCA算法进行了改进，提出了一种基于语音业务优先的改进CS DCA算法。在该改进算法中，语音业务和数据业务仍然共享所有的系统信道资源，但在为两者共同分配信道时，由于语音业务优先级高于数据业务优先级，故应先为语音业务分配信道资源，当所有语音业务均已分配完成后，再为数据业务分配信道资源。这便是本文提出的改进CS DCA算法的核心思想。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品一：异构无线网络中，由于切换呼叫请求比新呼叫请求优先级高， 因此作品通过神经网络给不同性质的呼叫请求动态地预留和分配带宽，并且根据网络资源的使用情况进行带宽升降级，以接入更多用户并满足不同级别用户的需求。 作品二：TD-SCDMA系统中，由于语音业务对传输实时性要求较高，我们提出改进的完全共享动态信道分配算法。它允许语音业务和数据业务动态共享系统信道资源，且语音业务有优先使用权。
科学性、先进性及独特之处
- 1.利用神经网络算法，根据切换呼叫到达数目，为下一时刻切换呼叫用户预留带宽，保证低切换呼叫掉线率。 2.对已分配的带宽实施动态调整，在保证服务质量前提下，对当前用户进行带宽降级，来接入更多新用户。当某些用户释放出带宽资源时，再对当前用户进行带宽升级，提高用户满意度。 3.根据不同业务类型，设置服务优先级，使对延时敏感的语音业务优先获得网络资源，来改善语音业务的性能，提高信道利用率。
应用价值和现实意义
- 基于无线网络资源非常有限的现实，分别针对代表4G的异构无线网络和正在应用的3G网络TD-SCDMA提出了动态的、自适应的网络资源分配方案。从无线网络运营商的角度出发，追求系统无线资源利用率的最大化，进而实现商业利益的最大化；从用户的角度出发，希望以最小的代价在最大程度上满足用户的个体需求。本研究提出了应用于上述不同网络环境的两种网络资源分配优化方案，从而有效地平衡了网络运营商和用户之间的利益。
学术论文摘要
- 作品一：异构无线网络环境中的无线资源管理问题是第四代无线通信的研究热点，本文提出了一种自适应带宽管理方案来提高服务质量和系统带宽利用率。为了平衡切换呼叫掉线率和新呼叫阻塞率，该方案通过神经网络算法给不同性质的呼叫请求动态地预留和分配带宽，并通过带宽升降级接入更多用户。通过仿真，证实了该方案在异构无线网络带宽管理方面具有优势，提高了资源利用率。 作品二：本文提出了一种适用于TD-SCDMA的改进的完全共享动态信道分配算法。它允许语音业务和数据业务动态共享系统信道资源，且语音业务拥有信道资源优先使用权。与现有相关算法相比，本文提出的改进算法显著降低呼叫阻塞率，改善语音业务的性能。
获奖情况
- 两篇作品已被第二届计算机科学与信息工程国际会议（2011.06.17-19，长春）收录.该会议已经进入IEEE会议列表 (IEEE Conference Record #17768; IEEE Catalog Number: CFP1160F-PRT; ISBN: 978-1-4244-8361-7).两篇作品将被EI和ISTP同时检索，并进入IEEE Xplore.
鉴定结果
- 情况属实
参考文献
- 作品一： 1. 考虑业务之间优先级的带宽管理方案：文献[1]。 2. 带宽预留技术：文献[2-4]。 3. 资源分配的公平性：文献[5]。 作品二: 1. 基于最小干扰的动态信道分配：文献[6]。 2. 基于位置和信道质量的动态信道分配。 参考文献：:(由于字数有限，其他文献请见“当前国内外同类课题研究水平概述”) [1] C. Luo, etc. “Utility-based multi-service bandwidth allocation in the 4G heterogeneous wireless access networks,” IEEE WCNC, 2009.
同类课题研究水平概述
- 作品一：国内外研究的主要方案包括：考虑业务之间优先级的带宽管理方案[1]；带宽预留技术，包括基于小区资源可用性的预留[2]，利用用户移动信息的预留[3,4]，预计切换掉线率来实现预留和以公平为目标的资源分配方案[5]。通过分析研究现状，我们提出基于神经网络的带宽预留方案并对已分配的资源进行动态调整，保证用户服务质量同时实现资源利用的最大化。作品二：目前关于TD-SCDMA系统中的DCA研究主要集中在以下几个方面：基于剩余容量和信道间干扰的DCA[6]。基于用户位置分布、信道质量和相邻小区的信道分配情况的DCA。通过分析TD-SCDMA系统中的DCA算法的研究现状，我们从业务的角度出发，提出了一个基于用户业务类型的DCA算法，它赋予语音业务优先信道资源使用权。具体参考文献如下： [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] 张慧等. 基于价格理论和博弈论的接入控制策略. 通信学报, 2008. [6] T. Min, etc. “Interference-adaptive fast dynamic channel allocation in TD-SCDMA system,” IEEE Wireless Personal Communications, 2010.
