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随着移动互联网技术的飞速发展和成熟,以及用户对数据和多媒体业务需求的快速增长,无线网络中数据业务量成指数增长,移动数据业务应用在下一代的移动通信中扮演越来越重要的角色,将替代语音业务成为主要的基本业务。传统的话音业务到达具有随机性,业务到达服从泊松过程,业务的持续时长服从负指数分布,话音业务可视为短相关过程,业务不具有自相似性。实际上,随着数据业务主导地位日益明显,用户对业务的满意程度就与以往的话音业务大不相同,用户更多的关心数据业务的可连接率,视频分辨率等,相应的数据业务模型和话音业务模型不同,业务间具有强相关性。因此,通过业务建模分析业务特征、用户行为及网络流量对未来无线互联网的发展至关重要。
论文针对无线网络,研究了多用户业务模型及基于业务特征的资源配置方法,主要研究内容包括:
首先,研究业务流量模型的幂率和指数特性。介绍典型的自相似模型,包括Weibull模型、Lognormal模型、Pareto模型等。对通用分组无线服务(GPRS)网络中Gb接口相关数据业务进行分析,分别与幂率分布和指数分布进行拟合,得到网络流量的指数模型。
其次,建立无线网络业务的特征模型。根据传统ON/OFF模型,建立基于无线数据业务特征的新型连续时间半马尔可夫模型(CTSMM)和马尔科夫调制泊松过程(MMPP)模型,并分析比较几种模型的异同。进而,建立用户行为模型,将实际用户的行为特征拟合为连续时间半马尔可夫模型,并研究建模中使用的基于Apriori的业务预测算法。
再次,研究基于业务特征的资源配置,提出三种基于业务特征的资源配置算法。(1)基于业务趋同性的调度算法,利用传统蜂窝小区业务的趋同性,将小区内大量相同业务单播变广播,大幅度节省网络系统带宽。(2)数据多媒体业务在认知无线电(CR)网络中的信道分级动态频谱接入算法,通过对不同QoE需求的业务分级,合理配置频谱资源,丢包率从10°降低到10-3级别。(3)基于数据多媒体业务强相关性接入时间控制算法,通过控制检测时长和接入时长,提高认知无线电系统性能。
本文从数据业务的流量、特征和用户行为三个角度进行建模,建立符合数据业务特征的连续时间半马尔科夫模型。并跨层优化底层的资源配置,利用用户趋同性可大幅度提高网络吞吐量;基于业务特,征模型对认知无线电网络中的动态频谱接入算法进行优化,降低系统丢包率;控制认知无线电动态频谱接入检测时长和接入时长,可使网络吞吐量得到有效提高。