异构无线网络负载均衡控制策略与算法分析

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1、第一章引言自上世纪末以來，面临互联网的严峻挑战，通信网经历了历史性的变革，确定了以IP为核心的下一代网络(NGN)的演进方向。多年来，NGN技术不断发展和完善，其核心目标就是借鉴和继承互联网和传统电信网技术，摒弃按业务构建网络的传统思路，实现可运营、可管理、可赢利的网络融合。其发展历程包含两个层面的融合，首先是网络层面的融合，众多分离的业务网络通过网关接入IP分组网络，最终目标是一个统一的全IP网络，该网络利用移动IP(MIP)技术支持用户的全球移动性。其次是更深层次的业务融合，通过引入信息网络的中间件技术

2、和API技术，实现通信网的开放和网络层与业务层的分离，最终目标是一个全业务的IP通信网。各种宽带无线接入技术不断出现，由于其优异的性能和相对低廉的成木正日益受到市场的青睞，得到非常广泛的应用，形成了覆盖范围越来越广的包含多种无线接入技术的异构无线接入环境。未来多无线电环境的异构性体现在三个方面。首先是无线接入技术(RAT)的异构性。近年来业界提出了许多富有竞争力的RAT,它们采用不同的技术、呈现不同的性能、面向不同的应用、覆盖不同的范围，典型的技术包括2G/3G/E3G、WiMAX、WiFi、UWB、Blu

3、etooth等，按其作用范围划分分别属于WWAN、WMAN、WLAN和WPAN技术。其次是组网方式的界构性。除了经由BS/AP接入的单跳式无线网络以外，还有多跳式的无线自组织网(MANET)和网状网，这些网络覆盖范围可能互相重叠，面向不同的应用场景或互补组网，其中多跳网络除了物理层和链路层技术以外，还有其自身的路由技术和分布协同的控制方式，和依赖于基础设施集中控制的蜂窝通信网有很大的不同。第三是通信终端的异构性。由于业务应用的多样性以及IC技术的不断提升，通信终端已从常规的便携式电脑、手机等扩展到各种类型的

4、信息终端、娱乐终端、移动办公终端、嵌入式终端等，它们具有不同程度的智能，就异构网络融合而言，这些终端必须是多模终端。显然，要将这样的异构接入环境融合成为一个统一的系统，有许多值得研究的技术热点。1.1课题背景无线业务迅速增长，各种无线标准与网络相继出现，有许多适用于不同领域的宽带无线标准，涵盖了小型无线家庭网络、WLAN、WiMAX、无线广域网等多个方面。下一代的无线网络环境是宽带移动无线接入和界构分布的网络，是各种无线接入技术(GeRAN、南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章引言UTRAN、E-UTRAN

5、.WLAN、WTMAX等）、多类业务并存与融合的异构型混合网络。不同接入技术互联互通，系统将演化为基于公共核心网的“全IP"网络，同时用户终端也向多种无线模式配置演化，可以工作在不同制式的网络。在异构融合网络的系统中，用户基于统一综合的网络平台，通过不同的终端进行通信,任何时候、任何地点都可以享受无缝的通信服务，目前对异构网络融合的研究主要集中在以下几个方面：（1）垂直切换技术：现有水平切换的准则均为无线信号的质量，且实际应用大多为最简单的信号强度准则。但是在多无线电环境下，不同无线接入系统的覆盖范围往往是

6、重叠的，引起切换的原因除了信号下降以外，还可能是岀于改善性能、负荷均衡等多种因素的考虑。在涉及白组织网络的情况下，除了链路层的因素以外，还需考虑白组织网络的路由问题。因此，垂直切换本质上是一个多判据的决策优化问题，不但涉及多个无线接入系统，而且涉及无线链路、网络层、管理平面等多个层面，远较水平切换复杂。（2）融合网络QOS保障技术：任何通信网的基本功能归根结底就是为应用提供可靠、安全和可信的连接，确保应用的服务质量（QOS）。这样的QOS保障是端到端的，其实现需要从底层直至应用层的多层协作，以及传送、控制、

7、管理平面的多平面协作。目前,对于面向固定网的NGN的QOS研究己经取得比较多的成果，但是对于涉及无线接口的端到端QOS问题还有待研究解决。首先，由于无线链路的I古I有质量缺陷，无线接口通常是QOS的瓶颈，特别是在多无线电异构接入环境下，垂肓切换过程中的性能下降将会严重影响通信质量，因此QOS应是切换技术研究需要考虑的重要因素。其次，原先针对固定网络环境设计的传输层技术直接用于无线网络环境将会有严重的问题，特别是TCP协议，由无线传输和接口切换引起的丢包和时延导致的虚假拥塞将触发TCP的慢启动过程，致使QOS

8、进一步恶化。对此，学术界作了很多研究，提出了改进技术。（3）终端重配置技术：异构融合网络中的终端应具有支持多种无线接口的能力，并体现跨层优化的技术，一般文献上均假定其为能接入多个无线网络的多模终端。为了能更灵活地自适应多无线电环境，接入未知的异构网络，近年来国际上开始硏究将软件无线电（SDR）技术引入无线终端和网络设备的开发，提出可重配置终端的概念。进一步考虑，为了能充分利用共享的无线资源，提升异构无线网络系统的