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随着Internet技术和无线通信技术的飞速发展,各种实时和多媒体业务不断涌现,服务质量(QoS)保证已经演变成无线网络设计中一个至关重要的问题。而传统的Internet以“best-effort”的方式提供服务,它越来越不能满足各种新业务(如IP电话、视频会议、电子商务等)的QoS要求,并且无线通信系统特有的资源动态性和用户终端移动性,也给移动网络的QoS实现带来更大的技术挑战。
目前第三代移动通信系统的主流技术是码分多址(CDMA)技术,但在商用化过程中CDMA仍有许多关键问题需要解决,特别是在全新复杂的CDMA网络中实现多媒体业务的QoS保证已受到很多研究机构的广泛关注。CDMA网络固有的软切换、功率闭环控制、软容量等特性,是以往任何网络所不具备的特点,干扰、多径衰减等问题也是无线环境中必须要考虑的问题。针对这些问题,论文的具体研究工作主要围绕CDMA网络QoS保证技术中的两大主题:访问接入控制与资源预留,研究内容主要包括以下几个方面:
1.首先针对CDMA系统上行链路的特性,提出一个创新性的基于反馈控制理论的适应性呼叫接入控制(CAC)方案。因为CDMA系统的容量是干扰受限的,所以在用户访问系统时都必须执行呼叫接入控制算法。同时考虑到CDMA系统的资源占用、用户移动及小区间干扰等都具有时变性、随机性,多种业务之间具有不同的服务优先级,因此提出了一个基于反馈控制理论的适应性CAC方案。该方案在系统周围环境任意变化的情况下,可及时跟踪网络性能变化,准确调整系统的关键参数,以满足多业务的QoS要求。
2.由于CDMA系统上行链路和下行链路的通信呈非对称性,所以上行链路的适应性CAC方案并不能直接应用于下行链路。本文针对CDMA系统下行链路的通信流量特点,提出一个干扰预测和基站功率分配方案,既考虑了网络流量的突发性,又考虑了无线链路的时变特性。然后根据下行链路CAC方案的一般接入准则,并结合控制理论的时域分析法,提出一个适用于CDMA下行链路的适应性CAC方案,不用牺牲新呼叫请求的阻塞概率,即可保证切换呼叫请求的QoS要求。
3.本文对具有一般流量特性的CDMA网络的最优化CAC问题进行研究。因为目前很多最优化CAC问题的解决方案是将该问题形式化为马尔可夫(Markov)决策过程,而CDMA系统的网络模型并不呈Markov特性,所以我们从构建一个具有一般特性的GSMDP框架出发,并利用一种强化学习算法,使CAC策略的最优化问题可解,在理论上解决了具有一般流量特性的CDMA网络上行链路的最优化CAC问题。实际上,该方案可用于解决任何具有一般流量特性的网络的最优化CAC问题。
4.资源预留是QoS保证的关键技术之一。资源预留协议一一RSVP协议是专为有线网络设计的,且在Internet中已得到广泛应用,但是其操作的复杂性和可扩展性差,使它仍一直受到一些学者的置疑。同时,在无线移动网络中,无线链路的传输特性和移动终端的移动性使得RSVP协议的应用也出现了问题。本文提出一个轻量级移动RSVP协议:不仅简化了原RSVP协议在单播情况下执行资源预留的复杂操作;而且针对由无线移动环境所造成的应用问题,提出一个保持流标识符不变的机制,并设计了一个新的状态管理和“刷新”机制。