下一代無線通信網(wǎng)絡中移動性管理關鍵技術的研究.pdf

1、移動通信技術是當代通信領域發(fā)展最迅速、更新最活躍的研究熱點之一。隨著無線通信技術的飛速發(fā)展以及全IP技術的廣泛應用，下一代移動通信網(wǎng)絡必將成為基于全IP技術的異構融合系統(tǒng)，能夠支持不同無線技術的平滑接入和移動終端的無縫漫游。為了在無線異構網(wǎng)絡中實現(xiàn)移動終端的自由移動，并且保持通信的連續(xù)性，必須采用行之有效的移動性管理技術。切換算法和移動性管理機制是實現(xiàn)有效移動性管理的關鍵技術，需要指出的是，異構網(wǎng)絡間的切換定義為垂直切換。因此如何設計基

2、于下一代無線網(wǎng)絡的合理、高效的垂直切換算法和移動性管理機制，成為一個有重大研究意義的應用課題，也是無線資源管理技術中最具挑戰(zhàn)性的問題之一。
　　 本論文考慮不同接入技術的網(wǎng)絡特性和移動用戶的業(yè)務特征，針對無線異構網(wǎng)絡中垂直切換算法和移動性管理機制二個關鍵問題展開系統(tǒng)深入的研究，提出一系列算法和機制，并通過建立理論分析模型和性能仿真實驗證明提出的方案能夠有效改進系統(tǒng)的切換性能。本文提出的三種垂直切換算法是依據(jù)對網(wǎng)絡資源需求的不同角

3、度而進行優(yōu)化的方法，基于接收信號強度(RSS)的改進算法是一種從用戶角度出發(fā)的快速切換方法，未考慮網(wǎng)絡條件的動態(tài)調(diào)整機制；聯(lián)合無線資源管理技術的改進算法是從運營商的角度出發(fā)的優(yōu)化異構網(wǎng)絡帶寬利用、區(qū)分業(yè)務優(yōu)先級的切換判決方法，需要的信息交互和系統(tǒng)開銷大；基于模糊邏輯的改進算法是采用智能信號處理技術的切換判決方法，利用信號預測技術、結合預判決方法或動態(tài)調(diào)整權值來提高切換的準確性，在網(wǎng)絡條件利用和處理開銷方面是前兩者的折中。本文的兩種移動性

4、管理機制是基于不同協(xié)議層提出的，基于網(wǎng)絡層的改進機制是為了提高移動MIPv6協(xié)議的切換性能，以滿足異構網(wǎng)絡移動管理的要求；而基于分離層的移動性管理機制是為了彌補現(xiàn)有分離層協(xié)議的不足，是對分離層協(xié)議的功能擴展。
　　 本文的具體研究內(nèi)容如下：
　　 (1)通過分析現(xiàn)有無線接入網(wǎng)絡可以采用的異構融合方式，確定合理的網(wǎng)絡拓撲，構建基于UMTS和WLAN的松耦合異構網(wǎng)絡。接著，以獲知每個異構小區(qū)的可得到帶寬、主機的移動模型為前提

5、，提出了一種利用接收信號強度及其累積量，同時結合帶寬和位置信息作為判決準則的垂直切換算法，對該算法的切換概率和丟包率進行理論分析，并通過仿真實驗表明與傳統(tǒng)的RSS算法相比，本文提出的改進算法對平均切換次數(shù)、切換阻塞率方面具有顯著改善。
　　 (2)提出一種區(qū)分業(yè)務類型的聯(lián)合不同無線資源管理技術的垂直切換算法(RRM-VHO)。根據(jù)三種不同業(yè)務類型的優(yōu)先級，使資源分配有利于對網(wǎng)絡性能要求高、適應性較差的話音業(yè)務。采用聯(lián)合準入控制、

6、帶寬借用和補償、以及負載均衡控制的聯(lián)合管理方法執(zhí)行切換控制。建立基于各個控制方法的可擴展模塊化仿真平臺，針對呼叫阻塞率、掉話率和傳輸質(zhì)量進行分析和比較，表明RRM-VHO算法能夠提供較高的切換性能，適合無線異構網(wǎng)絡的多業(yè)務通信。
　　 (3)考慮到模糊邏輯方法能夠適應無線網(wǎng)絡的動態(tài)條件和垂直切換的復雜性，本文首先提出了一種基于差分預測的模糊邏輯垂直切換算法(DP-VHO)，采用差分預測方法獲得的RSS預測值來觸發(fā)切換，縮短切換的

7、發(fā)現(xiàn)時間；利用預判決處理模塊，對輸入信號進行篩選以減少處理的采樣點；同時簡化模糊邏輯控制器，利用RSS和可用帶寬的模糊隸屬度進行固定權值的聯(lián)合判決，實現(xiàn)移動用戶對不同網(wǎng)絡的最佳接入。進一步考慮到快衰落環(huán)境下的信號預測精度，以及準確反映網(wǎng)絡參量的異構特性問題，提出一種基于灰度預測的模糊邏輯垂直切換算法(GPA.VHO)，利用灰度預測算法來提高RSS的預測準確性；擴展模糊邏輯控制模塊的輸入?yún)⒘繛镽SS、網(wǎng)絡帶寬和網(wǎng)絡費用，并且采用實時動態(tài)調(diào)

8、整的權值進行切換判決；仿真結果表明，GPA-VHO算法能夠提高切換準確性，并且不受主機移動速度的影響。
　　 (4)針對進行不同接入網(wǎng)絡之間的切換都依靠MIPv6，未能解決大范圍移動過程中信令開銷大、更新時間長和丟包嚴重的問題，本文提出了一種基于全局移動的IDMP切換管理機制(IDMP-MM)。利用IDMP的兩層結構特性，將一個無線蜂窩網(wǎng)域中的WLAN小區(qū)聚合為一個子網(wǎng)，構成具有異構網(wǎng)絡特性的分層網(wǎng)絡結構。增強代理服務器的緩存機

9、制和包格式轉(zhuǎn)換功能，并采用快速切換機制和預先注冊方法改進切換更新機制。建立性能分析模型，通過仿真證明IDMP-MM機制可以有效改進切換性能，實現(xiàn)同構和異構網(wǎng)絡的全局切換管理。
　　 (5)由于異構網(wǎng)絡環(huán)境中會出現(xiàn)主機的家鄉(xiāng)代理失效主機的多宿特性以及多宿環(huán)境中主機會改變家鄉(xiāng)地址的問題，本文提出進行主機身份標識和位置標識分離協(xié)議的研究。首先分析和比較了現(xiàn)有主機身份標識和位置標識分離協(xié)議各自的優(yōu)缺點，并提出一種基于終端側(cè)分離協(xié)議的通用