经济的发展、社会的进步,通信、计算机、机电等技术的革新加速了移动通信网络的建设与扩充,但其带来的一系列新的技术问题以及人们对个人通信不断提升的需求,共同推动着移动通信网络研究的发展。针对下一代移动通信系统研究中的两个重要分支:网络组织结构与移动性管理,考虑移动用户群体特性和混合网络结构的思想,本文提出一种移动通信网中的合群网络结构模型,以增加移动网络容量、提高移动网络效率、优化移动性管理。围绕该模型,具体给出了一种基于多无线混合网络结构的合群网络模型的设计框架,分析了其组织结构给网络在容量和能耗上带来的效能提升,讨论了移动节点的合群运动特性并提出一种新的合群随机运动模型,最后给出了服务于该网络模型的一系列算法、方案和规程,并以位置管理过程为实例探讨了其在移动性管理中的应用。本论文所开展的研究工作主要有以下这些:基于下一代移动网多无线功能的需求趋势和下一代移动终端的多无线接入能力,给出了一种以多无线混合网络模型为原型的合群网络模型设计框架。从网络拓扑结构、协议层次、功能实体模型几方面描述了模型设计框架,详述其中的移动性管理功能模块和垂直水平混合通信方式,并通过一个合群管理过程实例分析了模块工作机制和协作通信方式,展示了模型处理流程。使用基本的慢衰落无线信道模型,分析了合群组织形式下节点通信的能量开销。考察所有节点向基站发送相同比特信息量的情况,由于多跳短距离通信的能耗小于单跳长距离通信,使用合群组织形式的网络节点通信能量开销也低于传统蜂窝结构。考虑到合群网络结构还可以进一步利用多无线资源和数据融合压缩技术,可以得到合群结构在组织形式上是优化了网络性能的结论。以网络容量域模型为基础,针对合群结构这种组织形式,详细分析了在不考虑如信息压缩、多无线等辅助手段的条件下,合群管理本身给网络容量与节点通信能量开销带来的效能。证明了由于合群的组织形式可以有效利用短距离多跳通信和空间复用网络,网络容量域和一致网络容量相对传统蜂窝结构都有明显提升。基于PALM积分理论,分析了个体运动与合群运动的内在联系,证明了大量独立运动个体表现出的合群特性,给出了一维、二维区域上随机路点运动模型下节点的合群密度表达显式,并通过仿真验证了解析分析的结论。提出了一种基于向量电荷的随机运动模型描述真实生活中的合群运动。定义了两种带电粒子:特征电荷和普通电荷,分别描述某类运动特征和具有多种运动特征的移动用户。通过设定游离、吸附、随行三种运动状态,描述了移动用户真实运动中存在的个体随机游走、追踪合群和随群运动的不同活动。并建立仿真场景,考察了该模型下各参数对合群特性的影响。提出了一套保证合群模型运作的自治管理策略。针对现有网络条件不足以提供合群环境感知和合群维护的现状,提出利用水平对等通信,协商建立维护合群组的规程。特别关注了组头的选取和轮换,提出基于合群度的组头选取算法和基于威望值的组头轮换算法,并仿真分析了合群组建立和维护过程中的各种开销。基于合群网络模型,彼此临近的移动台组成一个合群组,在位置更新过程中,可以以合群组为粒度,报告位置更新,从而降低位置更新的信令开销和数据库接入开销。针对一个具体的合群运动场景,分析了合群位置管理方案和传统位置管理方案的位置信令开销和数据库接入开销,通过数值仿真证明了合群方案的预期效能。本研究系移动通信网络学科所亟待解决的泛在网络构建与分布式控制问题所激发的探索类课题,论文的研究工作有助于下一代移动通信网组织理论的建立和移动性管理技术的发展,突破制约移动通信系统建设的“瓶颈”,具有一定的理论前瞻性和实际应用意义。