《基于分布式约束满足算法的无线信道分配研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于分布式约束满足算法的无线信道分配研究（128页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、分类号 学号 I200722015 学校代码 10487 密级 博士学位论文博士学位论文 基于分布式约束满足算法的基于分布式约束满足算法的无线无线信道信道 分配分配研究研究 学位申请人 ：韦 沙 学 科 专 业 ：通信与信息系统 指 导 教 师 ：程文青 教授 刘 威 副教授 答 辩 日 期 ：2011 年 11 月 07 日 A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Engineering Distributed Constraint Satisfacti
2、on Based Wireless Channel Assignment Candidate : Kim Visale Major : Communication and routing determines the amount of traffic on each link, which in turn affects the channel assignment decision. To solve the above problems, we propose Distributed Constraint Satisfaction Problem (DCSP) based channel
3、 assignment. Our works are supported in part by the National Natural Science Foundation of China through the grant 60772088 and 60602029, and the Foundation of Hubei Provincial Key Laboratory of Smart Internet Technology under Grant No.HSIT200605. The main contributions of our research are as follow
4、s: 1. In order to minimize the maximum of channel utilization in which can guarantee an interference free network, we formulize CAP as DCSP. Our DCSP based channel assignment can satisfies all user requests, while voice generates or call arrives and is suitable for a large-scale scene. The result sh
5、ows that it can achieve much tight lower bounds on the number of required channels with related less computation time and cost. 2. In order to continue communicating with base station while mobile hosts move across the congested cells, we propose Fault Tolerant Channel Assignment (FTCA) for handover
6、 traffic. FTCA is the ability of a cell to continue communicating with its mobile hosts, even if there is an insufficient 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 III number of an available channel. Several techniques such as the influence-based channel reservation technique, technique of channel borrowing with user
7、 directions, the directional co-lock channel technique, and reuses available channels more efficiently, are used in our fault tolerant framework. As the result, our scheme greatly minimizes both of the average number of handover failures and new call blocking. 3. In order to design for balancing tra
8、ffic to minimize the total call blocking probability and hand-over failure probability, we propose Joint Routing and Channel Assignment (JRCA) scheme in such a lower bound number of channels and no channel collision. Experimental results show that, our JRCA scheme can reduce in both of the call bloc
9、k rate and the hand-over failure rate, compared to traditional cellular network. Keywords: Mobile Communication, Channel Assignment, Multi hop, Distributed Const- -raint Satisfaction Problem, Call Blocking, Hand-over Failure 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 IV 摘要摘要 无线蜂窝通信技术在移动通信发展史上有着里程碑的意义。近年来，随着移动通 信系统在全球范
10、围内的部署以各类移动通信业务功能的开发，蜂窝网已经成为应用 最为广泛、业务最为繁重的移动通信网络之一。因此，如何有效利用有限的频谱资 源保证通信质量是蜂窝网络技术研究中的一个重要课题。 通过改善信道分配技术，降低移动终端间的干扰冲突，能够提升网络可承载的移 动终端数量。随着用户呼叫阻塞率和切换失败概率的减少，网络的性能也随着提升。 当前的许多相关研究工作主要为设计各种优化算法，以求解最优或者次优的信道分 配。而在实际蜂窝网的应用中，该信道分配算法的设计面临一下几个方面的挑战： 有效支持大规模部署的信道分配算法 信道分配问题（Channel Assignment Problem, CAP）属于组
11、合优化中的 NP 完备 问题。对于解决 NP 完备问题，目前已存在若干优化算法在各种严格的约束条件下， 如同频干扰约束（co-channel constraint） ，邻频干扰约束（adjacent channel constraint） 和同位干扰约束（co-site constraint）等，都可以获得最优解。但是，在对于移动通信 营业商来讲，集中式的最优化算法复杂度较高并且难以部署。当有话务产生、流量 需求时，能够及时响应并分配信道以满足所有用户的请求，是运营商更加接受的解 决方案。 有效支持移动切换的信道分配算法 在蜂窝网络中，终端属于移动状态，可以在一个小区或多个小区之间越区运动。
12、在蜂窝网络中，信道切换常常发生。通信被中断比呼叫被拒绝更加让人难以接受。 目前提出的解决方案是借用信道。但是盲目地向邻小区借用信道，将导致邻小区处 于拥塞状态。因此，需要结合借用信道等信道切换机制，设计更加有效的信道分配 方案，减少多个小区的用户呼叫阻塞。 支持多跳蜂窝网场景的联合路由和信道分配算法 多跳蜂窝网络（Multi-hop cellular networks, MCN）是近年来被广泛关注的一种新 型的蜂窝网络架构， 被认为是未来 4G 网络建设的无线架构之一。 在多跳蜂窝网络中， 死区（dead spots）问题和热区（hot spots）问题依然存在，因此，有必要设计高效的 多跳中
13、继/路由协议和信道分配算法以适应蜂窝网络中终端的高移动性。 MCN 中信道 分配问题与路由问题是相互影响的不同的信道分配对应不同网络拓扑，影响路 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 V 由协议的决策；而不同的路由决策将影响各信道的负载状态，进一步影响信道分配 的结果。现有的工作通常将两个问题单独处理，因此无法有效地解决蜂窝网络中的 负载拥塞问题。 综合以上考虑，本文提出了一种基于分布式约束满足问题（Distributed Constraint Satisfaction Problem, DCSP）的信道分配方案。此论文由“自然科学基金”和“湖北 省智能互联网重点实验室”资助，项目编
14、号分别为 60772088，60602029 和 No.HSIT200605。 本论文的主要贡献在于： 1. 针对信道资源紧缺的问题，本论文提出基于分布式约束满足算法的信道分 配，在保证系统无干扰的前提下，以最少的信道量满足更多的呼叫请求量， 使得呼叫阻塞概率降低。该策略有效地利用信道资源，提高移动通信系统利 用率。仿真结果表明，在大规模场景中基于 DCSP 的信道分配方法能够在满 足用户服务请求，求解信道分配策略。 2. 针对移动通信用户越区的信道切换失败的问题，本论文提出了一种差错容忍 的信道分配（Fault Tolerant Channel Assignment）算法以保证移动终端在拥塞
15、 小区时的连续通信。此算法通过融合多种差错容忍的切换技术，包括预留信 道、 基于移动终端移动方向的信道借用技术、 基于方向借用的信道锁定技术、 信道复用等，能够显著降低蜂窝网络中的切换失败和呼叫阻塞的概率。 3. 针对多跳蜂窝网系统中的热区问题，本论文提出了多跳蜂窝网络中联合考虑 路由与信道分配 （Joint Routing and Channel Assignment, JRCA） 的算法。 JRCA 算法能够在可用信道较少时实现无冲突的信道分配，同时可以均衡网络负载 以降低实现网络切换失败概率和呼叫阻塞概率。仿真结果表明 JRCA 相比传 统蜂窝网络下的信道分配方法能够显著提升系统性能。 关键字：关键字：移动通信，信道分配，多跳，分布式约束满足问题 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 VI Table of Contents Abstract . I 摘要摘要 . IV Table of Contents .
