通信工程外文翻译--WLAN-WiMAX混合垂直切换满意机制.doc

南京邮电大学通达学院毕业设计(论文)外文资料翻译学 院：南京邮电大学通达学院 专业： 通信工程 学生姓名：张宇勋 班级学号： 08005525 外文出处：2011 IEEE 16th International Workshop on Computer Aided Modeling and Design of Communication Links and Networks (CAMAD)附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文指导教师评价：1翻译内容与课题的结合度： 优 良 中 差2翻译内容的准确、流畅： 优 良 中 差3专业词汇翻译的准确性： 优 良 中 差4翻译字符数是否符合规定要求： 符合 不符合 指导教师签名：年月日WLAN-WiMAX混合垂直切换满意机制摘要切换是确保任意无线通信系统中无缝移动性的一个关键举措。在近期，不管是在研究还是商业领域，无线通信系统的系统内切换功能都已经得到了重大关注。垂直切换的动机可能源于用户在获得更高的数据传输速率或较小的服务延迟方面的需求，也可能源于运营商在平衡系统负载或提高系统覆盖率方面的目标。本文阐述了一个垂直切换的混合技术，这种混合技术使得在任何时候需要完成垂直切换时，都可以兼顾到运营商满意度和用户满意度。给出了使用或不适用所提出的切换机制时的系统行为结果。I.简介在不同的接入技术之间切换的能力会提供一个服务附加特征，因为用户会在不同的地点为不同的应用1选择最适合的技术。众所周知，这一技术就是很久以来在蜂窝系统中所应用的切换机制，它使得用户在一个较大的地理区域内移动时，不会出现任何声音连接的中断，且一直会处于该网络范围之内。不同的无线接入系统的异质性激发人们去研究一种改进的切换机制，使用者可以基于覆盖范围、数据传输速率、单兆字节价格、延时抖动调度等方面的需求在不同的网络之间进行切换。这种切换被称作垂直（VHO）切换法2 3，可以考虑用于诸如IEEE 802.11 WLAN, IEEE 802.16e WiMAX，3G和4G以及其他无线技术之中。任何垂直切换技术的动机必须建立在两种主要观点的利益之上：客户利益和运营商利益。在文献中，有关于对两种方式的一些算法，以讨论基于客户利益的技术是否与基于运营商利益的策略相冲突，以及另一种相反的情况。因此，对于成功应用于现实系统的任何切换的提案，都需要同时考虑到对以上两方的利益的处理。对用户来说，切换所得到好处体现在所得的服务质量(QoS)和数据运输速率的提升上，且当用户对QoS感到满意时，他们便不会感兴趣在通过切换机制所得到的切换技术，因为切换技术可能会带来连接失败的情况（注意：切换成功的可能性并不是100%）。用户满意的在临界值4 5的基础上体现出来。在每个用户的最低等级要求方面，有几项研究表明，通过超出其需求本身的一些性能，用户满意度并没有得到明显的提升，而另一方面，如果所提供的资源没有成功地满足用户对其要求时，满意度便会大幅度下降6。因此，最好的调度方法是履行每个用户的准确要求，除非用户有其它的需求，否则不予考虑垂直切换。 对于单个检索技术和在其使用/卸载上，有一些预定的特性。虽然WLAN的高数据传输速率被人们所知悉，但它在延迟方面缺乏控制，且其覆盖范围要小于WiMAX。换句话说，在相对更大的覆盖范围内，WiMAX的数据率虽低于WLAN，但它在延迟方面有一个更为严格的控制7。比如，若一个用户想要运行一个单线游戏，延迟抖动是用户转移到WiMAX的主要需求，而在FTP应用的案例中，WLAN似乎是最为有用的选择。不仅用户受益于VHO机制，经营商同样也从中受益。运营商从切换程序所获得的好处可以表现在与不同单元/或接入技术直接的负载平衡方面，通过这一负载平衡，如果一些单位的用户/速率达到饱和，那么系统可以将部分用户重新分配到其它的接入网中8。以上两种利益在本文里都有所涉及，且在用户满意度和运营商满意度上，文章拟定了一个共同的度量标准。在系统设计者有能力同时提供两种优势的情况下，这一度量标准将表面VHO机制是否会开始运作，该标准甚至可以在考虑单一目标的基础上进行修改。本文余篇的结构如下：第II部分展示了文章所运用的系统模式，第III部分介绍了VHO拟定机制和共同的度量标准，第IV进行了系统性能的模拟，第V部分以对拟定技术的阐述结尾。II. 系统模式本节讲述的是IEEE 802.16e WiMAX和IEEE 802.11nWLAN两种接入技术。我们着重于下行信道，在这里有N个接收器，每个接收器配备有一个接收天线，接受基站（BS）的一个发射机的服务，同时配备有一个发射天线。虽然有两种接入技术，但每次只能通过一种接入技术进行BS和用户之间的连接，对每种技术来说，单个用户和BS之间（假设为一个准静态块衰落模式）会考虑一个信道，该信道在相干时间内会保持恒定，在连续的时间间隔（独立且等分布（i.i.d.）复合高斯条目 CN (0, 1)）之间会独立变化。因此，假定在单个块衰落期间每个用户的位置是保持固定的，且允许在块与块之间进行转移，在这里，为了实际无线宽带系统相匹配，单个块衰落的持续时间假定为20毫秒。在E|si|2 = 1公式中，对于ith用户来说，如果si(t)代表不相关的数据符号，则接收信号yi(t)体现在 yi(t) = hi(t) si(t) + zi(t)(1)这里，zi(t)是一个有零平均值的附加的i.i.d.复杂噪音分量，且E|zi|2 = 2。这里考虑到了总传输功率Pt= 1，且为了注释方便，时间指标会需要的时候下降。III. 垂直切换混合提案智能手机和便携设备的进步推动了顾客对运营商在“永不断线”方面的需求。这一需求与不断增加的应用程序的数量是相关的，通过在手机上运行这些应用程序，无线宽带所受到的压力也不断增加。从无线市场的近期动态中，由于运营商资源无法满足无线连接在数据率方面的巨大需求，全球几大运营商（如，Vodafone,AT&T）将统一收费制转换成了限制性的数据下载3。为了降低系统负载，运营商应当采用的方法之一是采用几种无线接入技术，从而处于固定位置（如，咖啡店、商场或工作场所）的用户可以从大城市或国家网络（如蜂窝和或WiMAX）里转向热点网络（如，WLAN），从而缓解网络拥堵。通过既有的服务，网与网之间的转换应当容易实现，且不具任何破坏性。因此，在运行任何程序时，用户从一个接入网移至另一个接入网时，无需中断该应用程序；且网络切换应该是无缝的。这种应用被称为垂直切换（VHO）3。实现这种无缝切换的一个重要理念是，系统应当建立在互联网协议（IP）标准之上，从而，当用户通过新的无线宽带技术（如，WLAN, WiMAX和LTE）进行网络转换时，他所分配的那个IP地址始终是固定的。本文着重阐述WLAN-WiMAX垂直切换项目。根据文献中的几个提案，VHO是在客户需求的基础之上的，因此为达到更大的数据率和更低的延迟2，另一些提案对运营商要求和其网络负载平衡4进行了研究。本文提出了一个新的VHO算法，该算法使得运营商和客户的目标都能够实现。因此，VHO将在一个双向满意指标Th = Sc + (1 )Sop (2)的基础上执行，在这里，Sc表示客户满意指标，So表示运营商满意度量标准。优化参数有一个重要作用，即确定Sc和Sop的重要性。注意，为达到单一实体（运营商或用户）满意，此拟议的VHO算法可以进行调整，即改变值，由于 (0, 1)，这里， = 0表示VHO算法可以达到运营商满意度， = 1则表示VHO算法可以达到客户满意度。 的实际值介于这两种极端案例之间，它会给系统设计者一个自由度，在方案、系统负载、客户所运行的应用程序等条件的基础之上选择一个最合适的值。A. 满意度指标用户和运营商的满意度指标的定义是建立于临界值的基础之上的，因此当最小的必要条件th被满足时，必要条件的性能提升便表现为一个边界满意度提升4。另一方，如果回报性能ob略低于要求，则在满意度指标上会有一个严重的下跌。客户的满意度指标Sc可以通过e0.01(obth) ifob thSc=e(obth) ifob th (3)来获得，该公式表示，当用户不满意所得的性能时，Sc值小于1，当用户满意时，Sc值大于1。为了与用户满意度调查相匹配，1以下的衰退是指数式的，而1以上的增长则非常小4。性能可以通过几个度量来表示，由于SNR与数据率和误差性能概率之间的联系，本文我们选用信噪比（SNR）作为度量单位。对于运营商满意度来说，由于运营商目的背后的经济因素，会才有一个不同的算法。因此，满意度不会遵循指数式衰减。为了说明所得的满意度ob和其与期望水平th之间的对比关系，我们制定了一个度量标准，当运营商不满意时（如，负载大于临界值），值小于1，当负载低于临界值时，值大于1。在本文中，运营商满意度指标值系统负载，因此运营商的目的是为了达到系统的负载平衡。IV.模拟为评估VHO算法，我们进行了计算机模拟来有效地对其进行检测。这里我们假设这样一个无线场景，在一个直径为1km的圆形区域内，分散着一个覆盖范围达1km的WiMAX基站和多个单个覆盖范围达30m的WLAN基站。下面的表展示了在模拟中所用到的所有的假设情况。 表1：与环境相关的参数为了更好地展示场景，图1描绘了每个WLAN基站和那个WiMAX基站在系统中的位置。该图同样展示了覆盖范围的强度，如预测的那样，较近的位置比较远的位置有更强的覆盖范围。它同样指出了WiMAX与WLAN在覆盖范围上的差别，如先前表1所显示的一样。图1 WiMAX基站和WLAN基站的位置和覆盖范围强度 3D视图和顶视图通过改变WiMAX和WLAN的单元负荷，模拟在不同场景中对拟定的算法进行了检测。用户SNR值会随着用户进入所涉及的区域而发生改变。在WiMAX和WLAN均显示各自的50%的最大允许负载的情况下，我们开始进行检测，我们给出了两个网络的满意度指标，以表明何时通过混合度量转换到另一个技术会更好，这里同时考虑到网络和用户满意度。图2显示出了满意度指标，从图中可以看出，在接近于WLAN基站坐标的区域，当连接到WLAN后，由于WLAN所提供的较大的数据率，Th值会出现增长，而在两种接入技术的情况下，运营商负载是相同的。 图2 3D视图：WiMAX-WLAN负载达到50%-50%时的满意度指标 顶视图：不同网络的覆盖范围现在我们处理两个极端的案例，在第一个案例里，WiMAX系统未被加载，而WLAN网络是满负载的。图3给出了满意度指标，它由WiMAX系统所控制，在这种情况下，通常会使用户想要切换到WiMAX系统。只要用户接收到的SNR高于设定的临界值，那么可以看出，满意度会保持较高或稳定的状态，当SNR降到临界值以下时，满意度会出乎意料地下降，由于路径损耗效应，这种情况会在单元的边界出现。图3 WiMAX-WLAN负载达到0%-100%时的满意度指标 3D视图和顶视图另一个有趣的案例是WiMAX系统满负载而WLAN无负载。在这种情况下，运营商意图使用户切换到WLAN以减小WiMAX的拥堵，且用户也想要切换到WLAN，以获得更大的数据率和服务可用性。图4给出了满意度指标，从图中可以看出，在接近于基站的位置，当在场景的其它区域内值均小于1时，满意度会大幅地增长。这说明，只在WiMAX覆盖范围内的用户不满意，当用户进入任意WLAN基站的覆盖范围区域时，他们会立即想要切换至WLAN，因此他们的满意度会增加。图4 WiMAX-WLAN负载达到100%-0%时的满意度指标 3D视图和顶视图在每个用户所接收到的数据率方面，分布于WiMAX覆盖范围之内的WLAN的数量会影响最终的数据率，因为它会显著地增加平均数据率，尤其在WLAN没有高负载的情况下。从图5可以观察出，在没有安装WLAN的情况下（如，用户只能接收到WiMAX系统的服务），每个用户会接收到最低的平均数据率。更多的WLAN的安装会在接近那些网络时（如，获得较大的SNR），增加切换到WLAN的概率，并最终获得更大的平均数据率。实际上，一个明智的运营商可以在适合的情况下（如，在室内区域），安装更多的WLAN基站，以缓解期主要网络（本文指WiMAX）的拥堵，并为客户提供更多的满意。当前的标准化机构在致力于解决这一问题，大量的手机和智能手机已配备了数个接入技术。毫无疑问，在用户满意度上，需要谨慎调整SNR临界值，而在运营商满意度上，需要谨慎调整负载临界值。图5 在场景中考虑更多的WLAN基站的情况下的数据率 WiMAX-WLAN负载达到50%-50%。图6显示了在拟定的垂直切换机制应用内外的系统数据率性能，且对用户仅接受WiMAX服务和可以切换到WLAN基站两种情况进行了对比。该图明确了当用户切换到WLAN时，WLAN单元在增加数据率上的优势。V.结论本文对WiMAX和WLAN系统之间的垂直切换进行了探讨，切换方法的目的是为了在通信过程中增加两个实体的满意度：运营商和用户。一个混合满意度指标要同时考虑到两个实体的满意度，这里，运营商将切换作为缓解网络的一种机制，从而使网络可以转换到比当前接入技术较少负载的另一种接入技术；从用户的角度来看，通过更大的SNR值和最终的所接收的更高的数据率、更低的误差率和更高质量的服务，便可获得更多的满意图6 （不）运用垂直切换方法时的数据率性能 3D视图和顶视图 内部资料仅供参考9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXp6X4NGpP$vSTT#UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnG 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