異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中無線資源管理關(guān)鍵技術(shù)探討

魯棟

【關(guān)鍵詞】異構(gòu) 無線融合網(wǎng)絡(luò) 無線資源 管理

1 異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)概述

1.1 異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)定義

異構(gòu)指的是兩個(gè)或兩個(gè)以上的無線通信系統(tǒng)采用不同的接入技術(shù)或采用相同的接入技術(shù)而不屬于同一個(gè)運(yùn)營商。通過系統(tǒng)的融合將多個(gè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)整合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，滿足移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，用不同類型的網(wǎng)絡(luò)來為用戶提供無線接入，打破無線接入的時(shí)間限制和空間限制，從而構(gòu)成異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)。

1.2 異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)采用隨機(jī)組網(wǎng)、移動(dòng)性管理以及無線資源分層管理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用。其中無線資源的協(xié)同管理技術(shù)至關(guān)重要，包括異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同處理無線信號(hào)、傳輸鏈路協(xié)同等等，在無線資源管理的各個(gè)方面都涉及到協(xié)同技術(shù)。

對(duì)于異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理來說，主要通過主機(jī)標(biāo)識(shí)的確定來對(duì)隨機(jī)移動(dòng)終端位置進(jìn)行查找，確定移動(dòng)終端位置之后就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸或呼叫，而在數(shù)據(jù)傳輸和呼叫的過程中能夠有效保證連續(xù)的通信。為了能夠支持異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，其主要的控制功能有位置管理、切換控制以及控制互操作等，通過移動(dòng)管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的連續(xù)性。

對(duì)于異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)的無線資源管理來說，其不僅涉及到頻譜資源的管理和分配，還包括發(fā)射功率、信道編碼以及連接模式等資源的管理和控制，相較于傳統(tǒng)的無線資源管理模式來說，異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中的無線資源管理涵蓋了所有異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源控制機(jī)制，包括了多種接入技術(shù)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)無線資源的優(yōu)化使用，提升系統(tǒng)容量，從而提高無線資源的利用效率。此外，在異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中的無線資源管理包括傳統(tǒng)管理模式的功能，其能夠有效提升傳輸效率，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)能量的節(jié)約。下面就對(duì)異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中無線資源管理的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行具體分析。

2 異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中無線資源管理關(guān)鍵技術(shù)

在異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中，需要將不同層次、不同類型以及相互重疊的各種無線通信網(wǎng)絡(luò)融合到一起，形成一個(gè)協(xié)同工作的異構(gòu)無線系統(tǒng)。對(duì)于異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)來說，其無線資源管理技術(shù)一直是無線通信系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，如何合理的管理無線資源實(shí)現(xiàn)不同用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)與需求的平衡至關(guān)重要。異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中無線資源管理關(guān)鍵技術(shù)涉及到的內(nèi)容十分廣泛，下面進(jìn)行具體分析。

2.1 呼叫接入選擇與控制

在異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中，呼叫接入選擇與控制是無線資源管理的重要組成部分，以相關(guān)準(zhǔn)則為依據(jù)，做出允許接入或拒絕接入到達(dá)呼叫請(qǐng)求的決定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)呼叫接入的選擇和控制。其考慮的是在復(fù)雜的環(huán)境下來盡可能的提升系統(tǒng)利用效率，從而為客戶提供最好的QoS。在接入選擇算法中，為了能夠充分的對(duì)異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中集群增益和多接入分集增益進(jìn)行有效利用，需要每一個(gè)多模終端的應(yīng)用合理的選擇接入。將呼叫接入選擇與控制相結(jié)合能夠構(gòu)成密切相關(guān)的無線資源管理功能。采用集中式算法接入選擇則可以將準(zhǔn)入控制和接入選擇兩個(gè)過程結(jié)合，采用分布式接入選擇的時(shí)候，終端在接入選擇過程中無法對(duì)選擇決策能否被接受進(jìn)行預(yù)測(cè)，如果目標(biāo)系統(tǒng)拒絕了終端接入請(qǐng)求，則終端需要重新進(jìn)行接入選擇過程，這就增加了垂直切換過程延時(shí)。

呼叫接入控制可分為以下兩種方案，一種是本地方案，在接入決策制定過程中僅對(duì)本地信息進(jìn)行使用，另外一種是協(xié)作方案，在協(xié)作接入控制中不僅需要對(duì)本地信息進(jìn)行使用，同時(shí)需要對(duì)其他小區(qū)信息進(jìn)行考慮，有新建呼叫請(qǐng)求及收入的時(shí)候，本地小區(qū)會(huì)與其他參與控制的小區(qū)通信，構(gòu)建小區(qū)集群，實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同接入控制方案的確定。

異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一分析了各種呼叫溢出技術(shù)，建立了移動(dòng)模型，改進(jìn)了雙向溢出呼叫接入控制方式，不僅考慮了呼叫移動(dòng)速度，同時(shí)考慮了呼叫對(duì)小區(qū)的覆蓋。從異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)異構(gòu)小區(qū)構(gòu)建方式及其信息轉(zhuǎn)換方式和使用方式能夠設(shè)計(jì)不同的接入準(zhǔn)則，能夠針對(duì)分布式和集中式兩種接入方案來設(shè)計(jì)接入選擇和控制方案，這就能夠有效提升信道利用效率，對(duì)于阻塞和掉線現(xiàn)象的減少也有著重要意義。

2.2 路由選擇與控制

異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，網(wǎng)絡(luò)域、協(xié)議層以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同能夠?qū)崿F(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)域、跨節(jié)點(diǎn)、跨協(xié)議層的業(yè)務(wù)QoS路由選擇。

如圖1所示，為異構(gòu)無線mesh路由協(xié)議模型，該路由協(xié)議模型包括鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制、路由度量、信息發(fā)布模型以及路由算法等四個(gè)子模塊，刻畫了無線電的異構(gòu)性，通過分層協(xié)作實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌墓蚕?，由此可見，對(duì)節(jié)點(diǎn)周圍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化考慮來實(shí)現(xiàn)分層控制是路由選擇與控制技術(shù)的重中之重。

2.3 切換技術(shù)

切換技術(shù)是無線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，在異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)稱為垂直移動(dòng)，垂直切換是實(shí)現(xiàn)無縫垂直移動(dòng)的關(guān)鍵，指的是移動(dòng)終端接入點(diǎn)改變過程中保持用戶通信持續(xù)性的技術(shù)。

異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)QoS切換，利用層間呼叫溢出技術(shù)，以保護(hù)信道、信道侵占以及隊(duì)列緩沖為基礎(chǔ)制定切換策略。在快速和慢速實(shí)時(shí)切換業(yè)務(wù)中，這種切換策略能夠有效降低掉線率，而對(duì)于非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)來說，這種切換策略也能夠有效保證切換性能。

切換技術(shù)對(duì)層間寫作設(shè)計(jì)垂直切換算法充分利用，在有效降低組分丟失率的基礎(chǔ)上，降低了切換次數(shù)，避免“乒乓效應(yīng)”的出現(xiàn)，對(duì)于切換呼叫阻塞率的降低和切換性能的改善有著重要的作用。

2.4 流量均衡技術(shù)

當(dāng)小區(qū)出現(xiàn)負(fù)載過重的情況時(shí)，流量均衡技術(shù)會(huì)發(fā)揮作用，能夠?qū)悩?gòu)多模終端用戶向流量較輕的重疊覆蓋異構(gòu)小區(qū)中進(jìn)行轉(zhuǎn)移，這就會(huì)空出一些無線資源，而其他的呼叫則可以使用這些資源，實(shí)現(xiàn)了資源的合理配置，降低了呼叫阻塞率，提升了異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的利用效率。

流量均衡技術(shù)以業(yè)務(wù)選擇為基礎(chǔ)，采用非周期性流量控制機(jī)制，提出了三種流量均衡算法，從而建立小區(qū)逗留時(shí)間模型。三種算法分別是以逗留時(shí)間為基礎(chǔ)的流量均衡算法、以逗留時(shí)間為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)流量均衡算法以及以逗留時(shí)間和業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)流量均衡算法。為了進(jìn)一步提升小區(qū)系統(tǒng)信道利用效率，采用混合動(dòng)態(tài)流量均衡算法，此算法以流量轉(zhuǎn)移技術(shù)和信道借用技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠有效降低小區(qū)呼叫阻塞率和呼叫切換的掉線率。

2.5 速率與功率控制

在異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中，無線資源管理的重要目標(biāo)就是降低整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)射功率、提升網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸中，傳輸技術(shù)與終端發(fā)射功率有著差異性，這種差異性是導(dǎo)致信道容量存在差異的重要原因，如果信道容量較低，則會(huì)降低整個(gè)協(xié)作傳輸?shù)男诺廊萘?，信道容量降低之后，?huì)對(duì)整個(gè)傳輸過程產(chǎn)生限制作用，終端節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率的增加并不會(huì)對(duì)傳輸速率產(chǎn)生提升作用，傳輸速率不會(huì)增加，而終端節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率增加會(huì)大大提升整個(gè)分布式系統(tǒng)傳輸?shù)目偣β?，因此，?duì)于異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)來說，如何根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行異構(gòu)分布式傳輸功率、速率、資源的自適應(yīng)調(diào)整和調(diào)度是至關(guān)重要的。

在異構(gòu)分布式網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點(diǎn)功率控制和傳輸速率控制存在著一定的問題，因此可以制定速率和公路的匹配和控制算法，制定多模接口的融合方案，通過對(duì)功率的有效控制能夠提升中繼站傳輸?shù)乃俾?，這就有效節(jié)約了整個(gè)異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能耗，從而提升無線中繼網(wǎng)絡(luò)的性能。

對(duì)于異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)的融合和互聯(lián)來說，主要通過融合機(jī)制來完成，通過無線中繼技術(shù)和協(xié)同通信的融合來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的融合。在融合的過程中，為了提升協(xié)同容量，采用協(xié)同功率分配優(yōu)化模型，利用協(xié)同功率分配算法來對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行合理設(shè)置，這就能夠保證第一跳和第二跳鏈路傳輸速率的匹配性，從而實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的優(yōu)化。

為了提神異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)容量，還可以使用各種寫作速率分配與控制方案。對(duì)于多信道和多跳異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)來說，其視頻流資源的分配和管理可以通過建模為凸優(yōu)化，以完全分布式接入為基礎(chǔ)，對(duì)路由資源調(diào)度、速率分配等無線資源調(diào)度機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)每一流在最小化網(wǎng)絡(luò)擁塞和最小化視頻失真之間的平衡，從而有效避免視頻資源失真。

2.6 干擾協(xié)調(diào)技術(shù)

對(duì)現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的改進(jìn)和改變，將大量低功率蜂窩基站布放到宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)層中，以無線電認(rèn)知技術(shù)和頻譜感知技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)頻譜資源的有效利用，這就提升了頻譜資源的利用效率，但需要注意的是，此種提升頻譜資源利用率的方案是建立在對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變基礎(chǔ)上的，新節(jié)點(diǎn)的引入必然會(huì)對(duì)原有結(jié)構(gòu)改變，這就會(huì)產(chǎn)生小區(qū)間的干擾，因此，在頻譜資源管理方案中如何消除干擾或協(xié)調(diào)干擾至關(guān)重要。

針對(duì)異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中干擾協(xié)調(diào)的問題，主要的解決方法有頻分復(fù)用法、子載波分配方法、波束成形法和功率控制方法等。

2.7 協(xié)同無線資源管理技術(shù)

協(xié)同無線資源管理技術(shù)以某種核心管理模塊為基礎(chǔ)，這種管理模塊能夠?qū)Ξ悩?gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中的無線資源實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理，原本在各個(gè)系統(tǒng)中分散的獨(dú)立無線資源能夠在協(xié)同管理下實(shí)現(xiàn)共享，這就有效平衡了各個(gè)系統(tǒng)之間的載荷，從而實(shí)現(xiàn)無線資源的集群增益。

放大重傳中繼節(jié)點(diǎn)和解碼重傳中繼節(jié)點(diǎn)能夠構(gòu)成中繼系統(tǒng)，這種中繼系統(tǒng)是異構(gòu)形式的，大量的異構(gòu)中繼節(jié)點(diǎn)能夠協(xié)同進(jìn)行傳輸，而目的節(jié)點(diǎn)則能夠?qū)崿F(xiàn)大量異構(gòu)中繼節(jié)點(diǎn)信號(hào)的同時(shí)接收。在此方案中，采用聯(lián)合編碼和選擇性傳輸技術(shù)，節(jié)點(diǎn)增加的過程中能夠有效體現(xiàn)集群增益。

此外，還可以采用異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制，在此通信機(jī)制中，第二跳鏈路是否采用時(shí)間分集方案過程中，中斷概率、中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及信道增益和標(biāo)稱功率之間存在著一定的關(guān)系。

除了能夠產(chǎn)生集群增益之外，如果對(duì)多模終端傳輸效率及在不同無線接入系統(tǒng)中的表現(xiàn)進(jìn)行考慮，就能夠?qū)⒍嗄＝K端中的應(yīng)用適時(shí)與無線接入系統(tǒng)連接，這樣就能夠產(chǎn)生多接入的分級(jí)容量增益。將集群增益與分級(jí)容量增益進(jìn)行比較，兩種增益效應(yīng)有著一定的區(qū)別。對(duì)于集群增益來說，無論在異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)還是在獨(dú)立無線接入系統(tǒng)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)無線資源共享就能夠產(chǎn)生集群增益，并且能夠均衡業(yè)務(wù)荷載，而對(duì)于分級(jí)容量增益來說，其只適用于異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)，且其增益效果與無線接入系統(tǒng)之間的差異性相關(guān)，差異性越大，則產(chǎn)生的分級(jí)容量增益效果越明顯。

3 結(jié)論

綜上所述，在異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程中，容量及能效問題、性能問題的解決是關(guān)鍵，這就需要對(duì)異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中的無線資源進(jìn)行有效的管理和配置。通過上文中的分析可知，異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)無線資源管理的關(guān)鍵技術(shù)主要有呼叫接入選擇與控制技術(shù)、切換技術(shù)、功率與速率控制技術(shù)、干擾協(xié)調(diào)技術(shù)以及協(xié)同技術(shù)等，在所有的技術(shù)中，協(xié)同管理至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)

[1]苗杰.異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中無線資源管理關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué),2012.

[2]張?jiān)?異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中無線資源管理若干問題的研究[D].華東師范大學(xué),2013.

[3]龍靜靜.異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中無線資源管理關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].南京郵電大學(xué),2013.

[4]田峰,劉翰燾,周亮.分層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資源管理技術(shù)探討[J].電信科學(xué),2013,v.2906:32-38.

[5]吳愛軍,李屹.異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中支持端到端重配置的資源管理技術(shù)[J].信息化研究,2010,v.36;No.22908:5-7.