无线网络中基于资源有效分配的呼叫接入控制技术研究

1、 筮 太虫 颖 逝 江 丕堂陵荭 生 釉甽 逝 逛态堂 浙江 大学 研 究 生学 位论文独 创 性 声明学 位论文作 者签名，铷，式学 位论文版权使 用 授 权书或扫 描 等 复制 手 段 保 存 、 汇编 学 位论文。 艿 难 宦 畚脑诮 饷 芎 笫视帽 臼谌 浙江 大学 硕 士 学 位论文 浙江 大学 硕 士 学 位论文对 受保 障 业务 ，设 计 了 多业务 移 动性 呼 叫 接入 控制 技 术 框 架 ，得出了 业务 移 动掉话 率 。 通过多 业务 移 动性 方 案 的 仿 真设 计 ，可以 验 证方 案 的 正 确 性 ，并 且比较传统 的 呼 叫 接入 控制 方 案 ，可以 得到

2、 多业务 移 动掉话 率 这 一性 能 指标 ，因 而更符 合实 际业务 情 况，具 有更高 的 应 用 价值 。 在认 知 无线电 背景下，为 了 进一步 改 进系统 的 时 延性 能 和频谱利用 率 ，本 文在传 统 方 案 基 础上 进一步 加以 改 进。 本 文的 改进方 案 是在每 卜时 间 间 隙 内 将 系统 中 的 空闲 信道平 均分配给 已经接入 的 非 授 权用 户连接，使 得非 授 权用 户连接在每个时 间 间 隙 内 得到 更多 的 信道资源 ，进而提高 了 数 据 包 的 传 输速 率 ，减小 系统 时 延，提 高 了 资源 利用 率 。 通过对 这 类 改 进型方

3、案 的 仿 真设 计 ，对 比传 统 方 案 ，可阻 达到 更低的 系统 时 延参 数 和更高 的 频谱利用 率 。 琣 浙江 大学 硕 士 学 位论文 无线网络多 业务 介 绍 浙江 大学 硕 士 学 位论文 浙江 大学 硕 士 学 位论文 呼 叫 接入 控制 技 术 介 绍术 。 当 一个用 户请 求一个新 连接时 ，接入 控制 技 术 就要 根 据 系统 内 的 用 户或者等待 接入 的 用 户来 计 算出当 前 系统 内 的 资源 ，若系统 内 的 剩 余 资源 满足 该 用 户，该用 户 的 请 求连接将 会 允许 接入 系统 ，否 则 被 拒 绝接入 ，如 图 所 示。 性 能 ，

4、主 要 涉 及 到 三个指标 要 求：新 呼 叫 阻 塞 新 呼 叫 阻 塞 率 ：在无线蜂 窝 小 区 中 ，可以 把 用 户分为 静 止用 户和移 动用 户两大类 。 对 于 静 止用 户，其 资源 分配较为 简单 ，只要 考 虑 被 接入 区 域现 有剩 余 资源是否 满足 其 带宽 要 求，若满足 则 可以 被 接入 ，否 则 拒 绝其 接入 ，这 就引入 了 一个新 呼 叫 阻 塞 率 的 概 念 ，当 在一个有限 的 无线资源 系统 中 ，新 到 达的 用 户数 增 多，势 必会 使 新 呼 叫 阻 塞 率 不 断 增 加。图 蜂 窝 小 区 中 的 无线移 动用 户 果 目 的

5、小 区 能 够提 供 足 够多 的 带宽 资源 来 满足 该 移 动用 户的 需 求，则 移 动用 户能被 接入 目 的 小 区 ，否 则 将 被 拒 绝。 这 里 就引入 了 一个切 换呼 叫 掉话 率 的 概 念 ，当一个移 动用 户越 过该 小 区 边 界，进入 相 邻 小 区 时 ，若相邻 小 区 的 系统 资源 非 常 短缺 以 至于 不 能 满足 该 用 户的 带宽 资源 需 求，这 时 该 移 动用 户的 业务 将 被 拒 绝接入该 小 区 ，从 而发 生掉话 现 象 。方 案 时 ，必须 要 以 本 小 区 内 的 新 用 户业务 接入 和来 自相 邻 小 区 的 切换用 户业

6、务 接里 采用 系统 给 切换业务 专 门 预留 一定 的 保 障 带宽 目 前 国内 外研 究 现 状分析用 。在文献 】中 ， 提 出了 针 对 多媒 体无线网络的 动态组带宽 资源 分配 浙江 大学 硕 士 学 位论文 标 嫉 腃 接入 方 案 。 现 有研 究 主 要 方 案 及 问题针 对 下一代以 为 主 要 技 术 的 无线通信网络，单 个信道被 分为 多 个并行 信道，数 据 在多 个信道中 传 输，不 仅 可以 大幅 提 高 传 输速 率 ，同时 可以 有效地案。 浙江 大学 硕 士 学 位论文图 保护信道策 略 步 骤 浙江 大学 硕 士 学 位论文入 系统 内 。 该 方

7、 案 中 系统 不 需 要 给 切换用 户连接预 留 固 定 的 保 护信道，只要 系统中 存 在着 空闲 信道，切 换用 户连接就能 被 接入 系统 ，而新 用 户连接则 以 一定 的 概率 接入 信道，接入 概 率 由系统 信道的 占用 情 况决定 ，当 系统 内 空闲 信道较多 时 ，新 用 户连接接入 概 率 较大，若空闲 信道较少 ，新 用 户连接的 接入 概 率 就相 应 减小 ，具 体接入 步 骤 如 图 所 示。分数 信道保 护策 略 可以 在满足 一定 切换连接掉话 率 的 条 件下，使 得新 连接掉话 率 最 小 ，也可以 在满足 连接接入 阻 塞 率 和掉话 率 的 条

8、件下，使 得使 用 信道数 量最 小 。 由于 分数 预留 信道不 产 生固 定 的 切换呼 叫 预留 信道，因 此 分数 信道预 留 策略 相 比较于 固 定 信道预 留 策 略 可以 达到 更高 的 频谱利用 率 。有限 分数 信道预 留 策 略 是分数 信道预 留 策 略 的 一种 简化形 式 。 在该 方 案 中 ，设 置了 预留 的 保 护信道，当 系统 内 空余 信道数 大于 预留 的 保 护信道数 时 ，新 用 户连接和切 换用 户连接都 可以 被 接入 系统 。 当 剩 余 信道数 等 于 预留 的 保 护信道时 ，新 用 户连接以 一定 概 率 接入 系统 ，切 换用 户连接

9、只要 系统 内 有空闲 信道就允许 被接入 ，具 体接入 步 骤 如 图 所 示。 浙江 大学 硕 学 位论文该 方 案 是在满足 预定 的 目 标 呼 叫 掉话 率 的 条 件下，使 得保 护信道的 数 量 动态 浙江 大学 硕 士 学 位论文图 动态信道预 留 方 案 流程图 浙江 大学 硕 士 学 位论文务 需 求，如 语 音 业务 、 视频业务 、 数 据 业务 等 。 不 同类 型 业务 有不 同的 带宽 需 求，有些 业务 是以 固 定 速 率 传 输，也有些 实 时 业务 是以 变 化的 速 率 传 输。 当 多业务 数据 在无线网络内 传 输时 ，如 果 分配给 他 们的 带宽

10、 资源 过多 ，但是业务 数 据 的 传 输又 仅 仅 维 持 在一个比较低的 速 率 上 ，这 样 就会 造 成 系统 资源 的 浪 费 。 反 之，如 果分配的 系统 资源 有限 ，又 无法满足 业务 数 据 的 高 速 率 传 输，就会 大大影响 用 户的满意 度 。 因 此 ，怎 样 分配一个合 理的 带宽 ，满足 系统 内 多业务 的 质量 也是呼 叫 接入 控制 技 术 方 案 设 计 的 一个难点 。 所 以 为 了 解 决这 个困难，通常 采用 的 方 法有： 根 据 业务 的 平 均速 率 进行 带宽 分配； 采用 自适 应 的 呼 叫 接入 控制 方 案 满足 当前 业务

11、资源 。从 系统 性 能 角度 看，频谱资源 利用 率 也是无线网络系统 性 能 考 量 的 一重 要 指中 ，分析 了 受保 障 业务 在移 动过程中 ，业务 所 需 要 的 额外资源 对 业务 接入 情 浙江 大学 硕 士 学 位论文况的 影响 。认 知 无线电 技 术 ，在认 知 无线网络背景下提 出了 一种 新 型 的 实 用 呼 叫 接入 控 浙江 大学 硬上 学 位论文基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计中 。工 作 于 恢 諰 工 作 于 ，也支 持 支 持延时 业务 ： 业务 也是一类 实 时 的 数 据 业务 ，它 可以 支 持 大小 变 化的 数

12、 据包 。 它 所 需 带宽 资源 有一个上 限 和下限 ，如 果 分配给 该 业务 的 带宽 为 其 上 限带宽 ，就会 使 得系统 资源 的 利用 率 降低，如 果 分配给 该 业务 的 带宽 为 其 下限带宽 ，就会 使 得该 业务 的 质量 处于 较低的 水 平 。 因 此 对 该 类 业务 的 带宽 分配是一个难点 。 滴 瘢 焊美 嘁 滴 裼 雛 凶爬 嗨频挠煤图 负 跸 嗤 腝 要 求。 浙江 大学 硕 士 学 位论文基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计数 据 。表 数 据 传 输时延要 求，包 括： 畆 琫 ； 另一类 是 非 实 时业务 ，即 没

13、， 分别 表 示 业务 ， 业务 和 畆 畉 滴 瘢 傻 者的 浙江 大学 硕 士 学 位论文基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计 琁 业务 是一类 能 够即 时 发 送和接收 的 互 联网业 手 机 的 文字、 语 音 等 通话 功 能 ，以 及 手 机 的 视频通话 功 能 。 随 着 互 联网的 关 注程度 将 随 着 业务 质量 而改 变 ； 多业务 呼 叫 接入 控制 系统 模型业务 就不 允许 被 接入 ，即 猺 个信道只为 切换用 户所 保 留 。 浙江 大学 硕 士 学 位论文基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计图 固 定

14、 预留 信道状态转 移 图筚。 径室 籧砉掣纬福 基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计 在接入 第 鲂诺 朗钡 慕 尤 敫怕 剩 磺谢 缓 艚 芯 褪且愿 怕 接入 信道，即 系统 内 只要 存 在空闲 信道，切 换连接就可以 被 接入 。 见 丁 刁 浙江 大学 硕 士 学 位论文基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计现 在，考 虑 一个支 持 多业务 的 湮研 甯 眯 芄 灿 蠧个 浙江 大学 硕 士 学 位论文基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计图 三类 业务 的 门 限 设 置示意 图 基 于 即 时 通

15、信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计 基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计系统 的 状态转 移 过程归 纳 如 表 所 示：表 系统 状态转 移 过程 ， ， ，” ， 琻 琻 浙江 大学 硕 士 学 位论文基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计 切换连接离 开 。 条 件 切换连接结 束 ，条 件箍弓 肿 曝 仆 一属 州 哪 其 中 ， 。 加 剖 仆 一履那 滴 竦那 谢 涣 拥 艋 奥蔈 材 ，可以 表 示为 ： 浙江 大学 硕 士 学 位论文 业务 的 切换连接掉话 率 忍 埘 ，可以 表 示为：岛 睿 酢 罡 倒 见

16、辏 蝨 马 多业务 呼 叫 接入 控制 仿 真分析 基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计子信道总数 基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计定 义 系统 参 数 和业务 到 达速 率 蟮 米 刺 r聘 怕 侍 卣 髦 滴 的 特 征向 量根 据 指数 分布，得到 每类 连接的 服 务 时 长 基 于 即 时 通信业务 的 多业务 呼 叫 接入 控制 设 计务 。 浙江 大学 硕 士 学 位论文基 于 多业务 移 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计络环 境 ，由于 动态用 户的 移 动性 ，业务 连接在小 区 不 同的 位置，所 需 的

17、 资源 也是不 同的 。 距 离 基 站 较远 的 信道上 ，由于 频率 的 选择衰落 ，多 径 时 延干 扰等 影响 ，使 得这 些 信道的 传 输质量 下降，为 了 保 证连接的 服 务 质量 ，距 离 基 站 越 远 的 用 户业务 则 需 要 更多 的 带宽 资源 。 所 以 在信道较为 拥 堵 ，带宽 资源 较为 短 缺 的 系统 中 ，由于 业务 的 移 动性 所 消 耗的 额外资源 很 容 易 引起移 动掉话 率 上 升 ，从 而降低了 浙江 大学 硕 士 学 位论文基 于 多业务 移 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计；： 蚫。卜。 、 ， 唬 簂 ， 匀分布， 硎 疽

18、滴 竦酱 锏 冢 鲈 不 返 母 怕 省 ，可以得到 ：则 新 业务 到 第 个环 的 速 率 为磊 ， ，。 患偕枇 拥 某 中 奔 浞 泳 滴 基 于 多业务 移 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计、 、一，图 用 户移 动性 示意 图 咯 。 危 ， ， 猯 基 于 多业务 移 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计根 据 平 衡方 程和 式 ，可以得到 篔 ，巴 ， ，坶的 值 。其 中 ， 痽 。和 痽 。分别 表 示连接在最 里 面的 圆 内 平 均驻 留 时 间 和在整 个小 区 内 的 平 均驻 留 时 间 。 假 设率 是 。通过平 衡方 程，可以得到 ， 骸 ：

19、蛖 ：。切换速 率 乃可以表示为乃 。：五丛 ， ，等 式 右 边 的 第 二 项是业务 在小 区 内平 均持续 时间和平 均驻用 户 向 外环 移 动； 用 户 向 内 环 移 动； 切 换用 户 离 开 小 区 ； 用 户 连接结宽 带业务 新 连接被 阻 塞 。窄 带业务 新 连接被 阻 塞 。 基 于 多业务 移 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计 甂 ，则 该 切换连接被 允许 接当 窄 带用 户连接向 外环 移 动，如果 只 。 渲懈疲琹 騨】一也，女 表为氇 ，互 ，。； 从 南 一 龌 返 絡 龌 罚 刺 r 莆 d 琀 浙江 大学 硕 士 学 位论文基 于 多业务 移

20、 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计 踠 。移 动速 率 为啊 七 只理，。， ，。一 崾 俾 饰 0 。您 还澹 ，结束 速 率 为 ， 鸬 。宽 带业务 新 连接阻 塞 率 置。 ，可以 表 示为 ： 芸 酷 襱 其 中 ， ：悱 校 ，最删 掣 。 基 于 多业务 移 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计窄 带业务 新 连接阻 塞 率 芝 可以 表 示为 ： 琟系统 内 新 业务 连接的 阻 塞 率 乞 为 ：宽 带业务 从 本 小 区 内 环 向 外环 移 动时 的 掉话 率 为 互 。 ，可以 得到 ：其 中 ， ，缸， ，女 贿福 琷 。其 中 ， 海 挑，。 鞒裕

21、瑃 基 于 多业务 移 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计图 每个环 内 业务 所 需 资源 分布图 基 于 多业务 移 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计以记为 瑀 杂 没 釉诘 个环 内需 要 的 资源 是在最内环 的两倍。与、 ， 辏 畂 唬 。 基 于 多业务 移 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计掉话 率 之间 的 关 系。 红 色 曲 线表 示宽 带业务 移 动连接掉话 率 ，黑 色 曲 线表 示宽 带业务 移 动连接掉话 率 。 标 记号 与实 线分别 表 示系统 的 模拟仿 真的 移 动掉话 率 与本方 案 推导 的 理论移 动掉话 率 基 本 符 合

22、。由于 业务 所需 的 信道资源 分布状况不 一致，所 以 当 连接向 外环 移 动时 ，需 要 请 求更多 的 资源 ，不 然 就会 发 生掉话 现 象 ，而在一般的 系统 模型 中 ，不 考 虑 业务 的 移 动性 ，因 此 也不 会 得出移 动连接掉话 率 的 性能 参 数 。 在资源 较为 短 缺 的 系统 中 ，业务 的 移 动性 参 数 也是系统 设 计 所 要 考 虑 的重 点 。图 给 出了 整 个系统 内 的 性 能 参 数 。 其 中 实 线表 示数 据 分析 仿 真值 ，标 记符 号 表 示参 数 的 模拟仿 真值 ，可以 从 图 中 看出，两者的 吻 合 度 一致。 蓝

23、色 曲 线表示新 连接阻 塞 率 ，红 色 曲 线表 示切 换连接接入 失败 率 ，黑 色 曲 线表 示移 动连接掉话 率 。 其 中 新 连接的 阻 塞 率 要 高 于 切换连接接入 失败 率 ，这 正 符 合 了 这 两种 业务之间 的 优先 级 定义 。 本 章 小 结 基 于 多业务 移 动性 要 求的 呼 叫 接入 控制 设 计 认 知 无线网络呼 叫 接入 控制 技 术 研 究 认 知 无线网络呼 叫 接入 控制 技 术 研 究 猵 够一 ！ 认 知 无线网络呼 叫 接入 控制 技 术 研 究切换非 授 权用 户就会 发 生掉话 现 象 ，掉话 率 为 办 。 认 知 无线网络呼

24、叫 接入 控帛 技 术 研 究 型 二 怠 拘汀 必丝 趔。那 么 被 迫 离开 授 权用 户信道的 非 授 权用 户将 会 发 生掉话 。根 据 状态发 生的 顺序，可以 分析 体统 内 用 户状态转 移 概 率 情 况。 系统 的 状态 认 知 无线网络呼 叫 接入 控制 技 术 研 究 ，数 ，可以 得到 此 时的 授 权用 户数 改 变 概 率 为： ，巾肛。 其 中 ，粥表示五个授 权用 户离开 的 概 率 ，可以表示为： 怼 氨 硎 綣 ， ”个授 权用 户达到 的 概 率 ，可以表 示为： 认 知 无线网络呼 叫 接入 控制 技 术 研 究 幽， 嶂 助。 鳎 态转移 概 率 为

25、：用 户接入 ，只会 发 生非 授 权用 户连接的 结 束 ，所 以 ，此 时 状态转 移 概 率 为 ： 认 知 无线网络呼 叫 接入 控制 技 术 研 究 渌 榭 鱿拢 刺 r 聘 怕 识 嘉 。 戚 时，此 时数 据 包 等 待 队 列 中 的 数 据 包 数 量 谄 溆嘧 刺 拢 玫 降牡却 恿 兄械 淖 刺 r 聘 怕 识 嘉 。非 授 权用 户等 待 队 列 中 的 用 户根 据 呼 叫 接入 控制 策 略 ，在每个时 间 间 隙 开 始时 刻 ，被 决定 是否 接入 系统 。 当 非 授 权用 户在时 间 间 隙 中 达到 系统 时 ，就会 进入 非 授 权用 户等 待 队 列

26、。 如 果 系统 内 的 空闲 信道满足 将 要 被 接入 的 非 授 权用 户的资源 需 求，那 么 该 用 户就允许 被 接入 ，否 则 就发 生阻 塞 现 象 。 所 以 从 非 授 权用 户连接的 到 达到 被 允许 接入 系统 的 过程中 ，就会 出现 非 授 权用 户连接的 等 待 时 延。我 们假 设 非 授 权用 户的 时 隙 内 的 到 达服 从 均匀 分布，所 以 可以 得到 平 均等 待 时 间 认 知 无线网络呼 叫 接入 控制 技 术 研 究尼砷 认 知 无线网络呼 叫 接入 控制 技 术 研 究定 义 系统 参 数 和仿 真时 长布，得到 一个时 隙 内 到 达离开 的 用 户 数根 据 非 授 权用 户新 服 务 时 间 概 率 分布，得到 下一时 隙 内 接入 的 用 户数 量 认 知 无线网络呼 叫 接入 控制 技 术 研 究求得系统 状态空间 总数 和状求解 状态转 移 概 率 矩 阵的 特 征 向 量归 一化，得到 稳 态概 率 浙江 大学 硕 士 学 位论文认 知 无线网络呼 叫 接入 控制 技 术