下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)中移動性管理關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、移動通信技術(shù)是當(dāng)代通信領(lǐng)域發(fā)展最迅速、更新最活躍的研究熱點(diǎn)之一。隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展以及全I(xiàn)P技術(shù)的廣泛應(yīng)用，下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)必將成為基于全I(xiàn)P技術(shù)的異構(gòu)融合系統(tǒng)，能夠支持不同無線技術(shù)的平滑接入和移動終端的無縫漫游。為了在無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)移動終端的自由移動，并且保持通信的連續(xù)性，必須采用行之有效的移動性管理技術(shù)。切換算法和移動性管理機(jī)制是實(shí)現(xiàn)有效移動性管理的關(guān)鍵技術(shù)，需要指出的是，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的切換定義為垂直切換。因此如何設(shè)計(jì)基

2、于下一代無線網(wǎng)絡(luò)的合理、高效的垂直切換算法和移動性管理機(jī)制，成為一個有重大研究意義的應(yīng)用課題，也是無線資源管理技術(shù)中最具挑戰(zhàn)性的問題之一。
　　 本論文考慮不同接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)特性和移動用戶的業(yè)務(wù)特征，針對無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中垂直切換算法和移動性管理機(jī)制二個關(guān)鍵問題展開系統(tǒng)深入的研究，提出一系列算法和機(jī)制，并通過建立理論分析模型和性能仿真實(shí)驗(yàn)證明提出的方案能夠有效改進(jìn)系統(tǒng)的切換性能。本文提出的三種垂直切換算法是依據(jù)對網(wǎng)絡(luò)資源需求的不同角

3、度而進(jìn)行優(yōu)化的方法，基于接收信號強(qiáng)度(RSS)的改進(jìn)算法是一種從用戶角度出發(fā)的快速切換方法，未考慮網(wǎng)絡(luò)條件的動態(tài)調(diào)整機(jī)制；聯(lián)合無線資源管理技術(shù)的改進(jìn)算法是從運(yùn)營商的角度出發(fā)的優(yōu)化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)帶寬利用、區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級的切換判決方法，需要的信息交互和系統(tǒng)開銷大；基于模糊邏輯的改進(jìn)算法是采用智能信號處理技術(shù)的切換判決方法，利用信號預(yù)測技術(shù)、結(jié)合預(yù)判決方法或動態(tài)調(diào)整權(quán)值來提高切換的準(zhǔn)確性，在網(wǎng)絡(luò)條件利用和處理開銷方面是前兩者的折中。本文的兩種移動性

4、管理機(jī)制是基于不同協(xié)議層提出的，基于網(wǎng)絡(luò)層的改進(jìn)機(jī)制是為了提高移動MIPv6協(xié)議的切換性能，以滿足異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)移動管理的要求；而基于分離層的移動性管理機(jī)制是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有分離層協(xié)議的不足，是對分離層協(xié)議的功能擴(kuò)展。
　　 本文的具體研究內(nèi)容如下：
　　 (1)通過分析現(xiàn)有無線接入網(wǎng)絡(luò)可以采用的異構(gòu)融合方式，確定合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?gòu)建基于UMTS和WLAN的松耦合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。接著，以獲知每個異構(gòu)小區(qū)的可得到帶寬、主機(jī)的移動模型為前提

5、，提出了一種利用接收信號強(qiáng)度及其累積量，同時結(jié)合帶寬和位置信息作為判決準(zhǔn)則的垂直切換算法，對該算法的切換概率和丟包率進(jìn)行理論分析，并通過仿真實(shí)驗(yàn)表明與傳統(tǒng)的RSS算法相比，本文提出的改進(jìn)算法對平均切換次數(shù)、切換阻塞率方面具有顯著改善。
　　 (2)提出一種區(qū)分業(yè)務(wù)類型的聯(lián)合不同無線資源管理技術(shù)的垂直切換算法(RRM-VHO)。根據(jù)三種不同業(yè)務(wù)類型的優(yōu)先級，使資源分配有利于對網(wǎng)絡(luò)性能要求高、適應(yīng)性較差的話音業(yè)務(wù)。采用聯(lián)合準(zhǔn)入控制、

6、帶寬借用和補(bǔ)償、以及負(fù)載均衡控制的聯(lián)合管理方法執(zhí)行切換控制。建立基于各個控制方法的可擴(kuò)展模塊化仿真平臺，針對呼叫阻塞率、掉話率和傳輸質(zhì)量進(jìn)行分析和比較，表明RRM-VHO算法能夠提供較高的切換性能，適合無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的多業(yè)務(wù)通信。
　　 (3)考慮到模糊邏輯方法能夠適應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)條件和垂直切換的復(fù)雜性，本文首先提出了一種基于差分預(yù)測的模糊邏輯垂直切換算法(DP-VHO)，采用差分預(yù)測方法獲得的RSS預(yù)測值來觸發(fā)切換，縮短切換的

7、發(fā)現(xiàn)時間；利用預(yù)判決處理模塊，對輸入信號進(jìn)行篩選以減少處理的采樣點(diǎn)；同時簡化模糊邏輯控制器，利用RSS和可用帶寬的模糊隸屬度進(jìn)行固定權(quán)值的聯(lián)合判決，實(shí)現(xiàn)移動用戶對不同網(wǎng)絡(luò)的最佳接入。進(jìn)一步考慮到快衰落環(huán)境下的信號預(yù)測精度，以及準(zhǔn)確反映網(wǎng)絡(luò)參量的異構(gòu)特性問題，提出一種基于灰度預(yù)測的模糊邏輯垂直切換算法(GPA.VHO)，利用灰度預(yù)測算法來提高RSS的預(yù)測準(zhǔn)確性；擴(kuò)展模糊邏輯控制模塊的輸入?yún)⒘繛镽SS、網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用，并且采用實(shí)時動態(tài)調(diào)

8、整的權(quán)值進(jìn)行切換判決；仿真結(jié)果表明，GPA-VHO算法能夠提高切換準(zhǔn)確性，并且不受主機(jī)移動速度的影響。
　　 (4)針對進(jìn)行不同接入網(wǎng)絡(luò)之間的切換都依靠MIPv6，未能解決大范圍移動過程中信令開銷大、更新時間長和丟包嚴(yán)重的問題，本文提出了一種基于全局移動的IDMP切換管理機(jī)制(IDMP-MM)。利用IDMP的兩層結(jié)構(gòu)特性，將一個無線蜂窩網(wǎng)域中的WLAN小區(qū)聚合為一個子網(wǎng)，構(gòu)成具有異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)特性的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。增強(qiáng)代理服務(wù)器的緩存機(jī)

9、制和包格式轉(zhuǎn)換功能，并采用快速切換機(jī)制和預(yù)先注冊方法改進(jìn)切換更新機(jī)制。建立性能分析模型，通過仿真證明IDMP-MM機(jī)制可以有效改進(jìn)切換性能，實(shí)現(xiàn)同構(gòu)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的全局切換管理。
　　 (5)由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中會出現(xiàn)主機(jī)的家鄉(xiāng)代理失效主機(jī)的多宿特性以及多宿環(huán)境中主機(jī)會改變家鄉(xiāng)地址的問題，本文提出進(jìn)行主機(jī)身份標(biāo)識和位置標(biāo)識分離協(xié)議的研究。首先分析和比較了現(xiàn)有主機(jī)身份標(biāo)識和位置標(biāo)識分離協(xié)議各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出一種基于終端側(cè)分離協(xié)議的通用