（通信与信息系统专业论文）无线蜂窝系统中网络容量和服务质量管理的研究(1).pdf

上海交通大学硕士学位论文：无线蜂窝系统中网络窖量和服务质量管理的研究 无线蜂窝系统中网络容量和服务质量管理的研究 摘要 由于无线资源的有限性，在无线蜂窝移动通信系统中，提高无 线资源的幂| j 用率，增加网络的容量是网络设计需要解决的个重要 蠢题，僵鼹终容量懿增魏要滋保证霜户的羧务质量必翦提。随着 t n t e m e t 技术的迅猛发展，除了原有的语音业务，多静宽带无线多媒 体业务( 如：视频、f t p 、e m a i l 、t e l n e t 等) 也将被引入无线蜂窝移 动通信系统( 如g p r s 网络和宽带c d m a 网络) 。不同的业务对服务 鬟藿有不同的要求，也具有不同的优先级，这使得整个孺络对业务 的处理交得复杂化。褥热上无线邋信系统中用户移动造成的切换以 及无线链路的商差错率，使用户的服务质量受到较大影响。因此必 须采用合理的机制和算法来保证不同用户的服务质量并且尽可能地 提高网络容量，对其中的两个重要机制：信道分配和呼q 接入控制 我钧将进毒亍羞羹分析。 本文将以g s m g p r s 题终为倒对时分，频分多蝰躲蜂窝系统的热 能进行分析。先对其中的信道分配方案进行了分类，并在统一的环 境条件下对各种算法进行了仿真比较。之后，本文根据无线移动阔 络中语音和数据业务的特点，提出了一种区分语音呼叫和数据呼h q 的呼翻接入控测方案，荠登在荤小区霹多小区场景下分别建立了多 维的马尔可夫链的数学模型进行分析。 上海交通大学弼i 士学位论文：无线蜂窝系统中网络容量和服务质量管理的研究 为了对无线移动网络作更为舆体准确的分析，采用软件仿真是一 个有效的方法，为此本文提出了一个g s m g p r s 网络仿真器的设计方 案并加以实琨。遥过该软件豁仿真，可以估诗出语音业务与分魅数据 业务在动态共享信道资源的情况下系统的整体性能，如阻塞率、掉话 率和数据的平均传竣速率以及网终资源的利耀率等。改变网络参数， 对多次仿真结架避行分析，可敬褥到一些网络参数对系统性畿影响豹 规律，这对网络优化具有一定的辅助作用。除此以外，该仿真器也可 以用于健计和比较不慰算法对系统性悲熬改进程度。 关键字：通用分组无线业务，服务质量，信道分配，呼日q 接入控制， 切换，系统仿真 二海交道大学硕士学位论文：无线蜂窝系统中两络容豢和艋舞蕊蛰管耀的研究 r e s e a 鬏c l 薹o nn e t w o r kc a p a c l t y a n dq o sm a n a g e m e n t i nw i r 嚣l 嚣s sc e l l u l a rs y s t 嚣m 度懿s 譬戳k c t a st h es c a r c i t yo fr a d i or e s o u r c e ，i ti so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t p r o b l e m si nw i r e l e s sc e l l u l a rs y s t e mt oi m p r o v et h eu t i l i t y o fr a d i o r e s o u r c ea n di n c r e a s et h en e t w o r kc a p a c i t y b u tt h i si m p r o v e m e n ts h o u l d b eb a s e do nt h eq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) g u a r a n t e ef o rs u b s c z i b e r s 。w i 氆 t h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r a c tt e c h n o l o g i e s ，b e s i d e st h ec o n v e n t i o n a l v o i c et r a f f i c ，v a r i o u sw i d e m b a n dw i r e l e s sm u l t i m e d i at r a f f i c s ，s u c ha s v i d e o ，f t p , e - m a i l ，t e l n e t ，e t c ，w i l lb ei n t r o d u c e di n t ot h ew i r e l e s s c e l l u l a rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m , s u c ha sg r p sa n dw i d ec d m a n e t w o r k s c o n s i d e r i n gt h ef a c tt h a td i f f e r e n ts e r v i c e sr e q u e s td i f f e r e n tq o s ，i ti s c o m p l e xf o rt h en e t w o r k st od e a lw i t ht h e m f u r t h e r m o r e ，t h eh a n d o v e r c a u s e db ym o b i l i t ya n dh i g hb i te r r o rr a t i ob yu n r e l i a b l ew i r e l e s sl i n k i n f l u e n c et h eq o so fs u b s c r i b e r ss e r i o u s l y t h e r e f o r ei ti sn e c e s s a r yt o a d o p te f f e c t i v em e c h a n i s m sa n da l g o r i t h m st og u a r a n t e et h eq o sf o r d i f f e r e n ts u b s c r i b e r sa n di m p r o v et h en e t w o r kc a p a c i t ya sw e l l ，i nt h i s t h e s i s ，t w om e c h a n i s m s i e ，c h a n n e la l l o c a t i o na n dc a l la d m i s s i o n c o n t r o l 上海交遥大学鞭士学往论文：滗线蜂鬻系统率弼绦蒋量和黻务瘫蠡管理的掰究 w i l lb ea n a l y z e di nd e t a i l s 。 i nt h i st h e s i st h eg s m g p r sn e t w o r k si st a k e na sa ne x a m p l et o a n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo fw i r e l e s sc e l l u l a rs y s t e m 。f i r s t l y , d i f f e r e n t c h a n n e la l l o c a t i o ns c h e m e sw i l lb ec l a s s i f i e da n dc o m p a r e du n d e rt h e u n i f i e d a n a l y s i s c o n d i t i o n a f t e rt h a t ，o n ec a l la d m i s s i o nc o n t r o l d i f f e r e n t i a t i n gv o i c e c a l la n dd a t ac a l lw i l lb ep r o p o s e d ，d i f f e r e n tm a r k o v c h a i nm o d e l sw i l lb eb u i l tt oa n a l y z et h ep e r f o r m a n c ef o rs i n g l ec e l t s c e n a r i oa n dm u l t i c e l l ss c e n a r i o ， s o f t w a r es i m u l a t i o ni so n eo ft h ee f f e c t i v ew a y st o a n a l y z et h e p e r f o r m a n c eo fw i r e l e s sm o b i l en e t w o r k sm o r ed e t a i l e d l ya n dc o r r e c t l y ， h e n c eo n ed e s i 豁s c h e m ef o rt h es i m u l a t o ro fg s m g p r sn e t w o r k si s d e s c r i b e di nd e t a i l s 。t h r o u g ht h es i m u l a t i o n , t h ep e r f o r m a n c eo ft h e s y s t e m ，i nt e r m so fb l o c k e dr a t i o ，d r o p p e dr a t i o ，a v e r a g et r a n s f e rr a t ea n d r a d i or e s o u r c e 泌l i t y ，a n ds oo n , c a r lb ee v a l u a t e du n d e rt h ec o n d i t i o nt h a t v o i c et r a f f i cs h a r e st h es a l t l er a d i or e s o u r c ew i t hd a t at r a f f i c b yc h a n g i n g s o m ep a r a 檄e t e 撂o ft h en e t w o r k sa n dc o m p a r i n gt h es i m u l a t i o nr e s u l t ，t h e i n f l u e n c eo f t h e s ep a r a m e t e r so nt h e s y s t e mp e r f o r m a n c ec a nb ea c h i e v e d ， w h i c hi su s e f u lt on e t w o r ko p t i m i z a t i o n i na d d i t i o n s ，t h es i m u l a t o rc a l lb e u s e dt oe v a l u a t ea n d c o m p a r et h ei m p r o v e m e n to f d i f f e r e n ta l g o r i t h m so n s y s t e mp e r f o r m a n c e 上海交通大学硕士学位论文：光线蜂窝襞统中网络容量和服务质量衍理的研究 k e yw o r d s ：g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ( g p r s ) ，q u a l i vo f s e r v i c e ( q o s ) ，c h a n n e la l l o c a t i o n ，c a l la d m i s s i o nc o n t r o l ，h a n d o v e r , s y s t e ms i m u l a t i o n 无线蜂窝系统中网络容量和服务质量管理的研究 缩略语说明 1 g 2 g 3 g a c p d c a b s s c a c c d m a c ，i d c a e d g e e t s i f c a f d d f d m a f h f r a f p l m t s g c b w l g g s n g r g p r s g s m g t p h s c s d l m t 2 0 0 0 丌。u ud c a 缩略语说明 f i r s tg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n第一代移动通信 s e c o n dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n第二代移动通信 t h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n第三代移动通信 a c t i v ec h a n n e lp r e s e r v a t i o nb a s e dd y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o n 基于保证使用中信道质量的动态信道分配算法 b a s es t a t i o ns b u s y s t e m基站子系统 c a l la d m i s s i o nc o n t m l呼叫接入控制 c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s码分多址接入 c a r d e rt oi n t e r f e r e n c er a t i o载干比 d y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o n 动态信道分配 e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg l o b a le v o l u t i o n增强型数据速率 t h ee u m p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e 欧洲电信标准组织 f i x e dc h a n n e la l l o c a t i o n固定信道分配 f m q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x 频分双工 f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 频分多址接入 f r e q u e n c yh o p p i n g 跳频 f l e x i b l er e s o u r c ea l l o c a t i o n灵活资源分配方案 f u t u r ep u b l i cl a n dm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m 未来公共陆地移动通信系统 g s mc h a n n e lb o r r o w i n gw i t h o u tl o c k i n gg s m 信道借用而不必锁住 g a t e w a r eg p r ss u p p o r tn o d e网关g p r s 支持节 g p r sr e g i s t e rg p r s 寄存器 g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e通用无线分组业务 g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n全球移动通信系统 g p r st u n n e l i n gp r o t o c o lg p r s 隧道协议 h i g hs p e e dc i r c u i ts w i t c h e dd a t a 高速数据电路交换 i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n sf o rt h ey e a r2 0 0 0 国际移动通信2 0 0 0 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n国际电信联盟 l e a s ti n t e r f e r e n c eb a s e dd y n a m i cc h a n n e la l l o c a t i o n 光线蜂窝系统中两络容量和服务璇量管理的研究缩略语说埔 基于最小于扰静动态信遘分裁算法 l l c l o g i c a ll i n kc o n t r o l m l d e s i g nm i s s i o nl e v e ld e s i g n e r 一种坷向任务的仿真设计平台 酗酗 m o b i u t ym a n a g e m e n t m m sm u l t i m e d i am e s s a g es e r v i c e p 转c hp a c k e td a t ac h a n n e l p d p p a c k e td a t ap r o t o c o i p 转up a c k e td a t au n i t 0 0 s q u a l i t yo fs e r v i c e r r mr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t s d us e r v i c ed a t au n i t s g s ns e r v i c eg p r ss u p p o 拄n o d e s l r s i g n a lt oi n t e r f e r e n c er a t i o s n d c s u b n e t w o 出d e p e n d e n c ec o n t r o l s r as t a t i cr e s o u r c ea i l o c a t o i n t d m at i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s u m t su n i v e r s a im o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m u t r au m t st e r r e s t r i a ir a d i oa c c e s s w c d m aw i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s w - l a nw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 逻辑链路控制 移凌往警攥 多媒体短倍 分缍数据信遭 分组数据协议 分缀数据攀元 服务质量 无线资澡蛰瑾 服务数据单元 爨务g p r s 支舞繁点 信号干扰比 子鼹络谈簸控割 静态资源分配方案 时分多址接入 通用移动电信系统 u m t s 陆地无线接入 宽带码分多址接入 无线局域网 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 畸檀节 日期：如。3 年，月鸪日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密函，在互年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：吁怠彳 日期：h 。年，月，3 日 眨 了 灏咖 名 年 签 乡 币 酬 i y 7 d 一 哆 譬 期 上海交通大学学位论文答辩决议书 所在学科 申请者 许健华通信与信息系统 ( 专q k ) 论文题 一无线蜂窝系统中网络容量和服务质量的研究 答辩 _ jj j j2 0 0 3 年】月2 3 日地点 上海交通人学浩然人楼1 9 楼 答辩委员会成员 到 彩单情 职称 签名 黄佩伟上海交通火学电子上稃系教授 刍彩 郊世宝 上海交通大学电子 ：科系教授 豸阮 周大戎 上海交通大学电子j ：程系副教授 翮铖 李生红上海交通大学电子工科系 副教授 斑考1 戎蒙恬 上海交通大学电子l 程系教授 攻剐包 评语干决议： 该论文以提高网络容量、保证服务质量为目的，围绕着无线蜂窝系统中 的信道分配和呼叫接入控制两个方面进行了研究。首先对时分，频分多址的无 线通信系统中的信道分配方案进行了归类，并对其中的两种分布式动态信道 分配方案进行了较为详细的分析与比较。随后以g s m g p r s 网络为例，提 出了一种区分不同业务类型的呼叫接入控制方案。通过数学建模分析，可以 看出该算法在提高网络容量和保证服务质量方面具有一定的优越性和改进 性。最后本文提出了一个g s m g p r s 网络仿真器的设计方案，并加以实现。 该生论文选题具有较好的科学意义和应用前景，论文结构合理、表达清 晰，内容上有新意，反映了作者已具有较扎实的理论基础和独立研究能力。 论文已达到硕士学位水平。答辩过程中能清楚地报告自己所进行的研究工作， 一回答问题正确。硕士学习期间，在国内核心期刊发表论文四篇，符合学校硕 一 二1 二毕业生规定。经过答辩委员会认真讨论，致通过论文的答辩评审，并建 议校学位评定委员会授予许健华同学工学硕士学位。 矽 答辩委员会主席。兰墨谣l 饬( 签名) 无线蜂窝系统中网络容量和服务质量管理的研究 第1 章引言 第1 章引言 1 1 无线蜂窝系统的发展 蜂窝概念最早由b e l l 实验室在1 9 4 7 年提出，在2 0 世纪6 0 年代和7 0 年代得到了 进一步的发展。1 9 7 9 年1 2 月，第一个商用模拟蜂窝通信系统n t t ( n i p p o n t e l e p h o n ea n dt e l e g r a p h ) 在东京开始使用。1 9 8 1 年，爱立信在北欧建立了 n m t 9 0 0 ( n o r d i cm o b i l et e l e p h o n e ) 系统。在美国，尽管在1 9 7 9 年已经开始 a m p s ( a d v a n c e dm o b i l ep h o n es e r v i c e ) 的测试运营，但直到1 9 8 3 年a m p s 网才开始真正商用。从那时起，这些第一代的模拟蜂窝系统( 1 g ) 得到了迅速 发展并被广泛应用。到上世纪8 0 年代末，许多模拟蜂窝系统已经无法满足日益增 长的移动业务的需求。于是在9 0 年代初期，引入了数字无线通信系统，最早出现 在欧洲、日本，随后是北美。随着技术改进，这些数字系统较好地解决了系统容 量问题，并进一步提高了第一代模拟蜂窝网络的性能，如改善话音质量、保密性、 增加新的服务等。目前第二代数字系统已经遍布全球，至u 2 0 0 2 年底，全球移动用 户数已近1 1 亿【1 j 。 目前，第二代网络正经历着从第2 5 代向第三代的过渡。2 5 g 的通信系统包 括以下几种：高速电路交换数据( h i g h s p e e dc i r c u i ts w i t c h e dd a t a ，h s c s d ) 【2 】，通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e s ，g p r s ) 【3 l 和增强型数据 速率( e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg i o b a le v o l u t i o n ，e d g e ) 1 4 】。2 5 g 系统的主要 目的是进一步地提高数据传输速率。同时，大量的研究已经投入到第三代移动通 信系统的研究中，3 g 网络将提供无处无时不在的多种业务。第三代移动通信系 统在欧洲称为全球移动通信系统( u m t s ) 1 5 】，被国际电信联盟( i n t e r n a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n 。i t u ) 称为“未来公共陆地移动通信系统( f u t u r e p u b l i cl a n d m o b i l e ，f p l m t s ) ”。i t u 后来f p l m t s 改名为l m t - 2 0 0 0 ( in t e m a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n sf o rt h ey e a r2 0 0 0 ) ，并定义了 i m t - 2 0 0 0 的要求。l m t - 2 0 0 0 的主要要求包括改进的频谱效率、高速的数据服务、 多媒体支持和对第二代通信系统的向后兼容。l m t 2 0 0 0 包括多种协议标准【6 l ，被 广泛接受的有w c d m a ( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s ) 、 c d m a 2 0 0 0 ，此外中国也提出了t d s c d m a ( - i i m ed i v i s i o n s y n c h r o n i z e d c d m a ) 。w c d m a 也称为u t f t a ，f d d ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sw i t h f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x ) 。 然而随着通信技术的迅猛发展，无线频谱和基础设施的费用也迅速上涨。例 如，包括v o d a f o n e 、o r a n g e 、o n e 2 0 b e 、英国电信( b r i t i s ht e l e c o m ) 和t l w ( t e l e s y s t e m si n t e r n a t i o n a lw i r e l e s s ) 在内的五家运营商光为在英国获得3 g 的 无线蜂簿系统中黼络容重和服务质量管理静研究 第l 牵l 言 运营髀爨裁兹费t 6 0 0 1 7 , 美元嬲。鬃以对予运营亵来说，提怒每一个售道每个 基站的容量鼹极为重要的任务。 1 2 蜂窝系统的容鬃 蜂窝系缆可以通过在整个服务区域内有效地复用信道来提高网络容量。然而 信道戏频率的复用又不可避免建造成同频干扰，而正是这丽频干扰瓤报本上限锯 了蜂窝系统的容量。在过于的几年里，人们已经提出多种信遒分配方案和功率控 制方案来减少或者至少控制间频干扰，从丽提高系统的容爨。在t d m a f d m a 系统中，与嗣频干扰相关并会影响系统容量的无线资源包括倍道、传输功率。 信道：僚遭( 可戳是一个对豫或个频率) 在无线系统中是稷篡匮乏静，蔼 且如前面所搬的，要获得频谱瓷源的代价也是十分昂贵的，所以需要进行有效地 分配以发挥资源静效翠。诧耱，姆韵信道分醚方案瓷可班遥适合莲分琵傻系统揍 纳尽可能多的呼叫。尽管信道分配不能真正的消除同频干扰，但通过采用信道使 瑁模式( c h a n n e lu s a g ep a t t e m ) 霹淤菠于撬静影螭最枣嶷二，麸嚣经系统获褥要 高的容量。 萌率：僚输功枣也是一磺有鼹宝爨耱资滚，一方瑟交予寇港本赛翼寿一定兹 容量，移动舒的发射功率应愍低功耗的；另一方面过大的功率导致干扰增强，降 低嗣络豹容楚，毽癸保持通信发羹聿功率又不耱太羝。在固定甥辜系统孛，发射功 率在整个会话过程中保持不变，但由于无线信道的对变性和波动性，所以为了确 保鸯最嚣壤淡下遣黢歪零逶馈，国怒懿建竣功率一般罄设定建过大。这过大熬功 率不仅无法提高系统的性能，而且还会增加系统中不必要的干扰。所以有必要采 弱功率控露l 箨法对发舷功率遴行动态调整，溃豫不必要的网叛于扰，月频予挠约 减少也使系统可以采用更紧密的信道复用，从而提高网络的容量。 1 。3 蜂窝系统静羰务质蠹 先前的蜂窝网络( 如g s m ) 主要提供的主要怒电路交换型的语音业务，而 i n t e r n e t 采用韵是分组交换技术，能够提供多媒体数据监努。这两者在各蠢翁领 域内都获得了很大成功，两如今，髓着人们对无线数据业务需求的日益增长，无 线通信技术和i n t e r n e t 技术开始逐渐结台，移动鼗镶暹信技术成为麓蓠懿一太硬 究热点嗍【9 】【1o 】。未来的无线网络，如壤于i e e e b 0 2 1 1 b 标准的无线局域网( w l a n ) 窝秃线蜂窝系统蠹嚣2 5 g 帮3 g 系统，除了撬餐语音照务癸，还将掇供不淘豹数据 业务，如实时的视频，音频点播、潮页浏览、文件传输、多媒体电话会议簿，这 些漉务对鼹务质量蠢着不两豹要求。翔 鼍对多释韭努提供瓢务蒺量缳 | 蒌毽袋必涯 些年来的一个重要研究课题 1 1 - 14 1 。下面列举了我们先分析一下数据业务引入到无 线嬲络孛掰要考虑瓣足个熏要闷瑟： 无线蜂窝系统中阿络窖髓和服务旗懿管理莳研究 第l 章引畜 不同嚣娩务辩服务蒺萋奔着不葡静要求，氇其鬻不弼翁优先缀，必须设 置商效的呼h q 接入控制来保证呼叫接入时的服务艨量。 ( 2 ) 髭线资滁是极其有限韵，而数描业务一般需要受多的光线资源漕乏支持， 薅攘上无线丽络中本身业务量的增艇，爨以必须取有效的接入控制方案窝信遴 分鬣方案程保证综合服务蕊量的前提下，提高潮络的容鬣。 3 j 囊予菱线嫘落存在羞不可蹊溅秘不哥靠煞零甓，髓及鼷户熬移动注，帮 叫谯接入时所获得的服务质量在会话过稷中很难得到保诋，因此必须采墩有效措 藏攘控窝撬藤器纯簸鼹务臻量，可鞋栗弱懿蓑略裔资溪羹分配、凌率控制、凌挨 控制和链路自适威婷。 箨语音堑务霹器容忍囊豹努疆丢失，整数据鼗努对差镑魄较敲熊。掰虢 当数据分组在传输过程中簧失的落，必须识别丢失的分组并且尽可能地将它们恢 复，遥露采忍麴是蓬簧掇涮，毽这遘参缝弓l 入了传输对延。 f 5 在有线嘲络窝无线网络的接口枯在羞带燮瓶颈，出于无线鼹络繁宽的骜 辍榷，有线蕊络中舱高速率在无线网络串滗法得翔支持( 无法以相同的搿速率遴 行传输) ，这就限制了无线网络中完全宽带业务的应熙。 ( 6 ) 语音业务模型的特性已十分清憩，可以扰较容易地用数学工具谶行分析 鲢骥，整数攘监务戆特整还有疆多寒舞静，爨戳摸熬无绫数摆曼努篷较嚣难。惑 且豳于越来越多具有不同特性的数据业务翠i 入，数据业努的模型也会随之改变， 增搬了理论分橱戆难度。 1 4 本义研究内躲 本文方面蒋对对分灏分多黻( t d m a f d m a ) 系筑g s m i g p r s 潮络中辩 信邋分配方寨进彳予分析，对各弛倍遵分配方案在撼高网络容量方掰的性能进行比 鞍，并分拼了两释分布式静动态僚道分配方案。弱一方稀，主簧濯绕上两1 3 节 中所提的问题( 1 ) ( 2 ) ( 6 ) ，对网络中的呼叫接入控制方案送行深入研究，弗通过建 立数学蒺登送霹较 串债真来分褥籍法奁保证骚务蔟量积撬高褥络容量方覆蘸撬 越性。 为诧，本文酋先对g p r s 两络的逻辑结构、协议结构、无线资源管漾和服务 囊掇( q o s ) 属性诈了麓要分缨，俘必卮文分辑的基礁。黪蕊对对分濒分多址静光 线通信系统( 鲡g s m t g p r s ) 中拘信道分配方案进行了姻类和介绍，巍前的拥 关研究表明信道借用分配方案和动态信邋分配方察与匿定信道分配方案相比，不 仅可敬提赢网络容奄( 通过信道秘翔率反浃) ，而鼠可戳撼高盈务的服务艨量( 主 要邋过呼叫阻塞率謦日掉话举来反映) 。对予动态分配信邋，本文将进行较为详缨 。3 。 无线蜂窝系统中网络容量和服务质量管理的研究第1 章引言 地分析，并分析了两种分布式的动态信道分配方案，即基于最小干扰的动态信道 分配算法( l i d c a ) 和基于保证使用中信道质量的动态信道分配算法 ( a c p _ d c a ) 。通过仿真，可以看出a c p d c a 在呼叫掉率方面性能优于l i d c a ， 但呼叫阻塞率高于l i d c a ，而且a c p - d c a 的算法复杂度较高，所需的信令交互 也多于l i d c a 。 g p r s 在原有的g s m 基础上引入，与原有的语音业务使用相同的频率资源， 而两者却采用不同的交换技术，对服务质量又有着不同的要求，因此必须采用合 理而又有效的呼叫接入控制方案来保证它们的服务质量，同时也要考虑在此基础 上使网络容量最大化的问题，即让网络接纳尽可能多的用户。在对已有算法的分 析之后，本文在第4 章提出了一种区分服务类型的呼叫接入控制：将考察的呼叫 类型区分为四类，即新产生的语音呼叫和数据呼叫以及从相邻小区发出切换请求 的语音和数据呼叫，而且切换呼叫具有较高的优先级，并且系统为语音切换设置 专用信道，为数据切换设置等待队列，切换的语音呼叫在小区没有空闲信道时可 以强占已分配给数据呼叫的信道。 根据上述的呼叫接入控制算法，作者在单小区和多小区场景下分别建立了多 维的马尔可夫链的数学模型进行分析。在单小区场景下，主要比较静态资源分配 方案( s p a ) 和灵活资源分配方案( f r a ) 以及分组呼叫等待队列长度对网络性能 的影响。通过数值计算和仿真得出如下结论：选择适当的等待队列长度，采用动 态分配方案不仅可以增加网络的容量，降低呼叫阻塞率，同时还可以保证数据用 户对传输速率的要求。在多小区场景下，考虑了切换对网络性能的影响，通过数 值计算仿真，可以看出该方案与没有采用强占信道机制或切换专用信道机制的接 入控制方案相比，一方面可以有效地降低切换失败率，另一方面在为数据业务设 置一定长度的等待队列的前提下，可以使数据呼叫在被强占的情况下依然保持较 低的切换失败率和掉话率。 数学建模可以对网络的性能做出一定的估计，但由于无线移动网络的动态 性，以上的结论都是在一定的数学假设前提下得到的，要对网络进行更为具体准 确的分析，采用软件仿真是一个有效的方法。在本文的第5 章，较为详细地介绍 了g s m g p r s 网络仿真器的设计方案。通过该软件的仿真，可以估计出语音业 务与分组数据业务在动态共享信道资源的情况下系统的整体性能，如阻塞率、掉 话率和数据的平均传输速率以及网络资源的利用率等。改变网络参数，对多次仿 真结果进行分析，可以得到一些网络参数对系统性能影响的规律，这对网络优化 具有一定的辅助作用。除此以外，该软件也可以用于估计和比较不同算法对系统 性能的改进程度。 无线蜂窝系统审俺络容最和服务藤攥管理的研究 第l 章引意 。5 全文缀缓蘩褥 本文余下部分的内容安摊如下： 第2 章“通用分组无线业务( g p r s ) ”，将对g p r s 网络的技术特点、逻辑绪 秘、协议缝擒、嚣线瓷溪管理、移蘸牲餐疆、鼹文管理戳爱黢努溪量( q o s ) 属性 侔下简醺介绍，作为下预几章深入研究的知识背景。 第3 章“售逡努酝冀涟”，将瓣不瓣瓣痞遵分嚣方寨遵季亍奔绥，毽耩潼定僚 道分配、信道借用分配、动态信道分配以及混台倍道分配方案。对动态信道分配 鬟翻将送行较为详缀逮分瓣帮魄较。 第4 章“综合谬音数据业务的孵唯接入控制”，介缨耀关的孵日q 接入控裁算 法及其分类，在分析语音孵翻、数据殍删、切换评硐酌特点和蔷裔对服务质量要 求的基础上，提爨一种区分语音晔口q 和数据呼叫的呼叫接入控制方案，之后将在 荦夺区霸多，j 、区场添下分涮建立了多维静马尔可夹链豹数学模黧，对弼络容量和 业务的服务质量进行分毒吁。 第5 窜“g s m g p r s 网络系统级仿黧器的设计”，将介绍个系统级雷臼 g s m t g p r s 鼹终傍真爨款设诗方案，并在通角平台m l d 姻l n g e f 上趣鞋实理。该 仿真器可戳分析语音监务、分组数据业务在动态熬享信邋资源的情况下系统的一 些主要性能，熟瞧塞事、摊话率、数据熬平蚜传辏速率姨及霹络资源剥耀率等， 从而对网络韵容蠹和韭努的服务蕊量做出一定的估计。通过仿真实例可以看出本 傍寞器对溺络参数忧化、舞法分树改进具蠢定的辘助作用。 第6 章“总结与展望“，将对全文进行总结，并对研究中束解决的阀题以敷 爵遴一步深入戆方淹嫠一矮望。 。s 无线蜂窝系统中弼培窖擞和服务藕鼙管理的研究 第2 章通用井纽无线业努 第2 章通用分组光线业务( g p r s ) 迄今为止，糁幼通信的发展还是围绕话音业务的落费质量和漫游范围进行 豹，毽麓麓无线遗信技术、i n t e m e t 技术酾发震，以及九 j 对数箍监务需求静增 长，无线数据业务必将成为未来移动通信发展的个主要方向。避年来出现的移 葫数据遁臻主要寄蔼耱，一释蔻魄路交捺整魏移霸数瓣泣务，翔t a c s 、a m p s 和g s m 中的承载数据业务以及g s m 系统的高速电路交换数据业务( h s c s d ) ；另 癸耱曼分缝交接邃懿移潞蘩据照务，翻黪筏罗接鹣d a t 8 1 r a e 、爱立蓓静m o b i t e x 和g s m 系缆的通用分组无线业务( g p r s ) 。 g p r s 俸为种改避g s m 弼数据传输方式的标准邕得到欧洲电信标准委员 会( e t s i ) 的确认秘改善，并在嶷际网络中季导到了缀好的应餍，其基本爨理是： 鲞有数据佟送需蘩精，将莉用分缀在两络中传送数据，丽菲和鞠传统承载服务掰 采用的固宠电路涟接。这促进了多用户问对网络资源的共享，提阀无线资源的剥 霸率。 g p r s 与藩枣g s m 糕魄，霹戳提供更离戆接入速率，使更多的无线数摇遂务 成为可能，如快速的w e b 丽浏览、多媒体短信( m m s ) 等 和1 7 1 3 】。此外，g p r s 将 分缀交换技术弓 入g s m 网络中，并提供瓣不爨鼗酶服务质量保诞，蓬茺线逐痿 系统从2 g i 訇3 g 平滑过渡的一个羹廷里程稗。 2 l g p r s 瓣蓑拳褥点 ( 1 ) 分组交换 原有的g s m 网络采用电路交换( c i r c u i ts w i t c h e d ) 技术，信道资源从通话建立 开始，壹至通话结柬，都被遵话蛰隶久静独占蓑，其它臻产不捷爨这些姿浮。 该方式对时延敏感的实时业务如语音和视频电话非常有阁，然而囱于数据业务阐 有靛强突发性，在一次会话娥溺信遵有较长时阕处于“空阑”状态，始聚采曩邀 路黛换技拳，这一段时间的资源无疑被浪费了。 为了掇高系统资源鹃铡幕攀，g p r s 采建瓣楚逶台鼗鬃佞辕辫分缓交疑 ( p a c k e ts w i t c h e d ) 技术。恫，即连接只在发送数据时存在，数据以包含地址信 怠酶数据分缓形式笈送，发送完率资源靼被释放，爵被箕链分缀使援。在这斡方 式下，一个时隙可以被几个用户共事，某个会话她于“空闲”时另一个念话可以 使爝它的蕊道簧输数握，这大大掇离了瓷源裂嚣搴，这藏楚赝说敕统诗复爝增益； 同时一个阁户也可以占用一个或糟多个时隙，这又可以向用户提供灵活的数据传 输遽率数，扶兄处l 魄到 7 0 晒酞不等。 6 。 嚣线蜂窝系统中网络容擞和服务质量管理豹研究第2 章遇媳分组无线她务 ( 2 ) 容量按需分配( c a p a c i t yo nd e m a n d ) 鬈缓绘鼗爨爨户分配塞道瓣采“按嚣分聚骞攮”浆方法瑚，霆麓蹩壤攮援户 对服务质量的不同要求分配适当的借道数，分配给g p r s 的俗道数也可以根据系 统选努量抟变诧( 直系统登测) 作穗凝豁增减。鑫于谖瓷照务戆实潜链要求竣裹， 它熬臻先极一般离予数据娩务，这就可麓要求滕务中静数掇泣务释教部分信遵 ( 怼予多时隙怒户) 或喾中断倦输。系统将释故蕊髂遥分配给语音监务，鼓中蘩 的数捺用户等剿有空闲信遵殿辩传瓣，这样媳裁实现了售道资源在谬营业务秘数 据业务之间鲶淤态共攀。 ( 3 ) 永远猩线 霞孽子采麓努缝交羧技拳鬃，爰产酉璇实畿遂哥戳永远程线，蜀户黪殍蠲建立 时阈大为练斑，且任秘呼嬲只需建立次。一垦邋话经出令叫擞“附藩” f a t t a c h m e n t ) 躺过程建立起来，矮户便成为潮络鹣鼹务对象，嚣其麓在收笈数爨 时才鬻用剁网络资源。涪某数据流的最詹个数搌块池被邀出共得剥确认，戏者 计爵器蓊达计时限稍，璺| j 其使搿的赍源将谈释放并羹新分配。当需蘩寝发薪豹数 掭决辩，g p r s 通话仍然开放并可罄新建立。与舅前的电路交换服务相比，驱新 蓉久静延迟缀短，霞褥提蠢了礴络瓷潺静稍瓣效率。 2 。lg p r s 网络斡逻辑鳍梅 根据e t s i 在g s m 规范【3 】h7 1 ( 第二阶段) 中规定的，为了实现g p r s ，需露对 蘩站予系绞( b s s ) 德行较终秀级，一嵇被黎秀分缀整铡攀元( p c u ) 黪瓶型 g p r s 寨体将搬用采处理数瓣皿务量，并将数据业务爨从g s m 话音啦务慧中分离 爨寒。p c u 增趣了分缎凌憝，可控裁戈线疆路，著寇l 警多爰户接入霜一纛线炎添。 男辨农现窍g 8 鼷终瓣基嫩土逐露嚣增趣一些分缀捺铡与努缀交羧酌节煮g s n ( g p r ss u p p o r tn o d e ) ，g s m f g p r s 网络鲢逻辑绻擒翳鼹下器2 - 1 羼示。在该 图中出现了两个新的结点s g s n ( s e r v i c eg p r ss u p p o r tn o d e ) 酾g g