异构无线网络中的用户归属与资源分配策略研究

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随着智能终端的普及以及移动互联网业务的迅猛发展,数据业务的爆炸式增长对现有的蜂窝网络造成了巨大的压力。未来网络必然是由多种无线接入技术融合而形成的异构无线网络环境。在这样的客观条件下,无线资源管理的研究对异构无线网络的协作与融合具有非常重要的意义。在异构无线环境中,根据用户终端设备所能支持的接入方式的不同,可以分为单接入和多接入。不同的接入方式会对异构无线网络的融合造成不同的影响,尤其是无线资源管理,根据接入方式的不同,相应的无线资源管理算法也可以分为两类,即单接入方式下的无线资源管理以及多接入方式下的无线资源管理。本文将在不同的用户接入方式下,以异构无线网络中的用户归属以及资源分配为研究重点,围绕不同的应用需求与目标,展开深入的研究。针对单接入方式下,异构无线网络中的用户归属以及资源分配问题,提出了蜂窝与WLAN (Wireless Local Access Network)异构无线网络中基于比例公平保证的联合用户归属与资源分配策略。首先,分别对蜂窝网络与WLAN网络的无线资源进行建模,将其统一映射到可达数据速率上。为了降低计算上的复杂度,我们假设WLAN采用了资源预留机制,从而可以完全避免信道竞争带来的碰撞。因此,将WLAN的无线资源抽象为了时隙资源。然后,为保证用户之间的公平性,我们将优化问题建模为带比例速率约束的系统吞吐量最大化问题。由于该问题非凸,我们将原问题的约束条件进行放松。通过求解放松约束后的优化问题,我们得出用户归属方案与用户到不同无线接入网络的可达速率之比相关的推论,并依此提出了一种低复杂度的用户归属算法。与此同时,当确定了用户归属方案后,可以得到资源分配方案的解析表达式。仿真结果表明,所提算法能有效地保证用户之间的公平性,同时灵活地控制系统资源在不同用户之间的分配。针对多接入方式下,异构无线网络中的用户归属以及资源分配问题,提出了蜂窝与WLAN异构无线网络中基于业务最低速率保证的联合用户归属与资源分配策略。在对优化问题建模的时候,我们考虑到了基于正交多址的蜂窝网络与基于分布式协调功能机制的WLAN网络的主要特性。由于形成的优化问题非凸优化问题,难以直接求解,因此我们将原问题拆分为了三个子问题:(1)用户归属;(2)资源块分配;(3)功率分配。我们提出了相应的启发式算法来求解用户归属以及资源块分配问题,对于给定的用户归属以及资源块分配方案,我们根据KKT (Karush-Kuhn-Tucker)条件,可以获得最优的功率分配方案。仿真结果表明,所提联合用户归属与资源分配算法相比较于其他算法在系统性能方面具有明显的增益。
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