（通信与信息系统专业论文）异构网络中的垂直切换技术研究与实现.pdf

北京邮电人学硕士学位论文 异构网络中的垂直切换技术研究与实现 摘要 本研究课题受到了华为科技基金“多跳o f d m a 蜂窝系统资源分 配与干扰协调机制”和华为科技基金“o f d m o f d m a 系统中多小区 联合资源分配、调度算法研究”的资助。 随着通信技术、计算机技术、集成电路技术的进步，以及人类对 信息通信需求的扩张，用户对移动性的要求越来越高。未来的无线通 信系统将包括各种具有不同传输速率、覆盖范围、系统容量以及服务 水平的无线接入网络。移动性管理技术是未来异构网络中最具挑战性 的关键技术之一。垂直切换作为支持异构的移动性管理技术中的重要 控制功能，用于保证用户跨异构网络移动时的会话连续性。垂直切换 算法的性能成为异构网络无缝覆盖和用户无缝切换的关键因素。 l t e 和w i m a x 是当今无线接入网络技术的两个研究热点，两个 网络的融合已经成为必然趋势。本文针对两个网络间的垂直切换技术 进行了重点研究。首先全面介绍了异构网络中的移动性管理技术，并 在此基础上系统总结了垂直切换技术及其相关算法的发展和研究现 状。然后，采用系统级仿真对基于l t e 和w i m a x 的异构网络进行了 仿真实现，搭建了系统级仿真平台，给出了详细的仿真设计思想，以 及平台的仿真流程控制模块、基站模块、用户模块、无线信道模块、 无线环境模块( 初始化模块) 、业务模块和统计模块等模块的详细设计 方法。最后，针对垂直切换的切换触发和切换判决两个过程，提出并 实现了一种差值门限模糊切换算法( d t f h ) 。算法的主要思想为：用 户测量服务网络和目标网络的信道质量，并利用其差值作为判决条件 进行切换触发，然后基于模糊逻辑方法得到目标网络与当前服务网络 的模糊判决值，将两个网络的模糊判决值之差与设定的切换判决门限 进行对比，判断是否进行切换。仿真对比表明，d t f h 算法均能够有效 的减小用户在异构网络重叠覆盖区域的“乒乓效应”，降低平均切换次 数，减小系统开销，并能在一定程度上保证用户性能。 关键词：垂直切换，异构网络，系统级仿真，切换判决，模糊逻辑 北京邮l 乜人学硕上学位论文 a b s t r a c t v e r t i c a lh a n d o v e rt e c h n o l o g i e so f h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s ：r e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o n a b s t r a c t t h er e s e a r c hi s s u p p o r t e db yh u a w e it e c h n o l o g yf o u n d a t i o n “r e s o u r c ea l l o c a t i o na n di n t e r f e r e n c ec o o r d i n a t i o nm e c h a n i s mi n m u l t i h o po f d m ac e l l u l a rs y s t e m a n d “r e s e a r c ho nm u l t i - c e l lj o i n t r e s o u r c ea l l o c a t i o na n ds c h e d u l ea l g o r i t h mi no f d m - o f d m a s y s t e m w i t ht h e p r o g r e s s o fc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , c o m p u t e r t e c h n o l o g y , i n t e g r a t e dc i r c u i tt e c h n o l o g y , a sw e l la st h ee x p a n s i o no f m a n k i n d sc o m m u n i c a t i o nn e e d s ，u s e r sh a v ei n c r e a s i n g l yd e m a n d sf o r m o b i l i t y f u t u r ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e mw i l lc o n t a i na l lk i n d so f w i r e l e s sa c c e s sn e t w o r k st h a t m a yh a v ed i f f e r e n tt r a n s m i t i o nr a t e s ， d i f f e r e n tc o v e r a g e s ，d i f f e r e n ts y s t e mc a p a c i t i e sa n dd i f f e r e n ts e r v i c e l e v e l s m o b i l i t ym a n a g e m e n ti so n eo ft h em o s tc h a l l e n g i n gt e c h n o l o g i e s i nt h ef u t u r eu b i q u i t o u sa n dh e t e r o g e n e o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n t s a so n e o ft h e k e y c o n t r o lf u n c t i o n so ft h ef u t u r e m o b i l i t ym a n a g e m e n t t e c h n o l o g y , v e r t i c a lh a n d o f fi su s e dt op r o v i d es e s s i o nc o n t i n u i t ya c r o s s h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s v e r t i c a lh a n d o v e ra l g o r i t h m sb e c o m et h ek e y f a c t o ro fs e a m l e s sc o v e r a g ea n ds e a m l e s s l yh a n d o v e ri nh e t e r o g e n e o u s n e t w o r k s l t ea n dw i m a xa r et w op o p u l a rt e c h n o l o g i e si nn o w a d a y sr a d i o a c c e s sn e t w o r k s i ti sat r e n dt h a tt h e s et w on e t w o r k sw i l lb ei n t e g r a t e d t h i sp a p e ri sf o c u so nt h ev e r t i c a lh a n d o v e rb e t w e e nl t ea n dw i m a x f i r s t l y , t h e r ei sac o m p r e h e n s i v ei n t r o d u c t i o nt om o b i l i t ym a n a g e m e n ti n h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s ，a n do nt h i sb a s i sas y s t e m a t i cs u m m a r yo f t h e v e r t i c a lh a n d o v e ra l g o r i t h ma n di t sr e l a t e dt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n ta n d r e s e a r c hi ss h o w e d t h e n ，as y s t e ml e v e ls i m u l a t i o nb a s e do nl t ea n d w i m a xh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k si si n t r o d u c e d a n das y s t e ml e v e l 北京邮1 1 1 人学硕：i ：学位论文a b s t i u c t s i m u l a t i o np l a t f o r mi ss e tu p t h ea r t i c l eg i v e sam o r ed e t a i l e ds i m u l a t i o n d e s i g ni d e a ，g i v e st h es u m m a r yo ft h es i m u l a t i o np l a t f o r mf o rp r o c e s s c o n t r o lm o d u l e ，t h eb a s es t a t i o nm o d u l e ，t h eu s e rm o d u l e ，w i r e l e s s c h a n n e lm o d u l e s ，w i r e l e s se n v i r o n m e n tm o d u l e ( i n i t i a l i z a t i o nm o d u l e ) ， b u s i n e s sa n ds t a t i s t i c a lm o d u l ea n dt h es p e c i f i e dd e s i g nm e t h o d s f i n a l l y , f o c u s e do nh a n d o v e r t r i g g e ra n dh a n d o v e rd e c i s i o n ，ad i f f e r e n c e m e s h o l db a s e df u z z yh a n d o v e r ( d t f h ) a l g o r i t h mf o rl t ea n d w i m a xi sp r o p o s e di nt h i sp a p e r c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t o r ( c q i ) o f c u r r e n tn e t w o r ka n d t a r g e tn e t w o r k si sm e a s u r e db y u s e re q u i p m e n t ( t m ) ， w h i l et h ed i f f e r e n c eo ft w ok i n d so fc q ii su s e dt ot r i g g e rt h eh a n d o v e r ； a n dt h e n ，b a s e do nf u z z yl o g i cm e t h o d ，t h eu em a k e st h ej u d g m e n to n t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ef u z z yd e c i s i o nv a l u eo ft h et a r g e tn e t w o r ka n d s e r v i c en e t w o r k ，a n dc o m p a r et oat h r e s h o l d ，d e c i d i n gw h e t h e ro rn o tt o h a n d o v e r s i m u l a t i o na n dc o m p a r i s o nr e s u l t ss h o w e dt h a t i nb o t ho ft h e t w os c e n a r i o s ，t h ed t f ha l g o r i t h mc a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h e “p i n gp o n g e 行e c t i no v e r l a p p i n gc o v e r a g ea r e a sa n dl o w e rt h eo v e r h e a do fs y s t e m ， a sw e l la s ，i ns o m ee x t e n t ，g u a r a n t e et h et h r o u g h p u to fu et oi m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo ft h ev e r t i c a lh a n d o v e r k e yw o r d s ：v e r t i c a lh a n d o v e r , h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s ，s y s t e m l e v e ls i m u l a t i o n ，h a n d o v e rd e c i s i o n ，f u z z yl o g i c 1 v 北京邮电大学硕+ l 学位论文 缩略语索弓 英文缩写 2 g 3 g 3 g p p 3 g p p 2 1 6 q a m 6 4 q a m a c k a m a p a r q k 融g r b a b l e r b s c d m a c m c q i e e s m e t s i f d d f e c f f t g s m r t a g q h h o m e e i 同盯 i o t i p n u i r l 2 s 唧 m a c m c s m i e s m m l m o m m m r c 缩略语索引 英文全拼 s e c o n dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e m t h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e m t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 1 1 1 砷g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c tt w o 16q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n 6 4q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n a c k n o w l e d g e m e n t a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g a c c e s sp o i n t a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t a d d i c t i v ef 场i t eg a u s s i a n n o i s e b a n d w i d t ha v a i l a b l e b l o c ke r r o ri h t e b a s es t a t i o n c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c a r t i e rt oi n t e r f e r e n c er a t i o c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t o r e x p o n e n t i a le f f e c t i v es i rm a p p i n g e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n f a s tf o u r i e rt h n s f o r m g l o b l es y s t e mf o rm o b i l c c o m m u n i c a t i o n h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t h o r i z o n a lh a n d o v e r i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m i n t e r f e r e n c eo v e rt h e r m a l i n t e r a c tp r o t o c o l i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y l i n kt os y s t e m l o n gt e r me v o l u t i o n m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m o d u l a t i o na n dc o d i n gs c h e m e m u t u a li n f o r m a t i o n e f f e c t i v es i rm a p p i n g m u l t i i n p u tm u l t i o u t p u t m o b i l i t ym a n a g e m e n t m a x i m u mr a t i oc o m b i n a t i o n 第6 3 页共7 2 页 中文 第二代移动通信 第三代移动通信 第三代合作伙伴计划 第三代合作伙伴计划2 1 6 正交幅相调制 “正交幅相调制 确认信息 自适应调制编码 接入点 自动请求重传 加性白高斯噪声 可用带宽 误块率 基站 码分多址 载干比 信道质量指示 指数有效信噪比映射 欧洲电信标准组织 频分双工 前向纠错 快速傅立叶变换 全球移动通信系统 混合自动重传请求 水平 电气电子工程师学会 快速傅立叶反变换 干扰超出噪声值 因特网协议 国际电信联盟 冗余递增 链路到系统 长期演进计划 媒体接入控制 调制编码格式 互信息有效信噪比映射 多输入多输出 移动性管理 最人比合并 北京邮l 乜人学顾i ：学位论文 缩略语索弓 0 f d m o f d m a p a p r p f q o s q p s k r a t r b r r m r s s s i m o s 小r s i r s n r t d d t t i u e v h o v 0 口 w i m a x w l a n w m a n 、) l ，p ：a i i w w a n w w r f o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s p e a k t o - a v e r a g ep o w e rr a t i o p r o p o r t i o n a lf a i r q u a l i t yo fs e r v i c e q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g r a d i oa c c e s st e c h n o l o g y r e s o u r c eb l o c k r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t r e c e i v e ds i g n a ls t r e n g t h s i n g l ei n p u tm u l t i - o u t p u t s i g n a li n t e r f e r e n c en o i s er a t i o s i g n a lt oi n t e r f e r e n c er a t i o s i g n a lt on o i s er a t i o t i m ed i v i s i o nd u p l e x t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l u s e re q u i p m e n t v e r t i c a lh a n d o v e r v o i c eo v e ri n t e r u e tp r o t o c o l w b r l d w i d ei n t e r - o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k w i r e l c s sw i d ca r e an e t w o r k w i r e l e s sw 6 r i dr e s e a r c hf o r u m 第6 4 页共7 2 页 正交频分复用 正交频分复用多址 峰均比 比例公平 服务质量 四相移相键控 无线接入技术 资源块 无线资源管理 接收信号强度 单输入多输出 信号干扰噪声比 信号干扰比 信噪比 时分双工 发送时间间隔 用户设备 垂直切换 基于口的话音传输 全球微波接入互操作性 无线局域网 无线城域网 无线个域网 无线广域网 无线世界研究论坛 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 同期： 型：至：! 乏： 北京邮电火学硕二l 学位论文第一章绪论 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论 下一代无线系统的目标之一是可以随时随地提供比现有无线系统更高数据 速率的多媒体业务传输。在互联网传输以及宽带多媒体业务要求日益增多的情况 下，要建立一个单一的无线通信系统来满足所有业务要求是不太切合实际的，因 此，可利用宽带i n t e n e t 技术将各个不同的专用无线系统连接起来，构建一个全 球通信系统，同时允许各个无线系统彼此独立，允许各个无线系统在服务能力和 技术方面存在一定的差异。各种网络接入形式之间的互联互通形成了移动通信的 异构网络。所以由于网络的演进和业务拓展的需求，很多运营商己经拥有两套或 者多套支持移动特性的无线通信系统，大家都希望各个无线系统之间能够实现良 好的互操作性，相互依存，从而为用户提供最好的服务质量。 随着通信技术、计算机技术、集成电路技术的进步，以及人类对信息通信需 求的扩张，用户对移动性的要求越来越高，大量的p c 机、笔记本、p d a 、智能 手机、传感器等各类终端，提出了包括目前的移动电话到移动上网、移动商务、 移动计算等一系列新需求。未来的信息通信社会中，移动性的目标就是要实现 “5 w 通信，即任何人可在任何时候、任何地方、与任何人以及相关的物进行 任何形式的通信。为了适应不同的需求，各具特色的无线接入网络技术层出不穷， 包括无线个域网( w 心，w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ，如8 0 2 1 5 ) 、无线局 域网( w l a n ，w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ，如8 0 2 1 1a b e g n 等) 、无线城域 网( w m a n ，w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ，如8 0 2 16d e f g i 等) 、无线 广域网( w w a n ，w i r e l e s sw i d ea r e an e t w o r k ，如2 g 、3 g ) 、卫星网络，以及 a dh o c 网络、无线传感器网络等无基础设施网络。这些在应用背景、目标、发 展方向、系统结构、覆盖范围、通信协议、链路特性、应用场景和业务提供能力 等方面各不相同的异构接入网络，以及未来可能应新的需求产生的各种新型接入 网络技术，共同为用户提供了泛在的接入网络环境。用户可以通过多模终端、或 通过基于软件无线电技术的共享m a c 层协议实现跨频段接入、或通过多个终端 构成个域网的技术，实现多种渠道的信息传递和通信。 为了满足用户的移动性需求，向用户提供跨异构网络的无缝业务，支持用户 跨异构网络的无缝漫游和切换，支持异构的移动性管理技术成为未来基于全i p 第l 贝共7 2 贝 北京1 1 1 1 j 1 1 1 人学硕j ：学位论文 第一章绪论 架构的异构网络中必须解决的重要问题。切换技术作为移动性管理的重要控制功 能，其性能直接决定了网络的无缝覆盖程度以及用户的服务质量( q o s ，q u a l i t y o f s e r v i c e ) 保证和会话连续性。因此，本文选取异构无线网络融合的切换技术作 为研究点。 1 2 课题研究基础 异构网络融合是下一代网络发展的必然趋势，其中的移动性管理技术是异构 网络无缝覆盖以及用户q o s 保证的关键，切换技术作为移动性管理的关键技术， 在其中起着至关重要的作用。本小节从异构网络融合发展、移动性管理技术。切 换技术以及无线系统的仿真建模几方面，对论文的基础知识内容做简单的介绍。 1 2 1 异构网络融合发展 层出不穷的无线通信系统为用户提供了异构的网络环境，包括无线个域网 ( 如b l u e t o o t h ) 、无线局域网( 如w i f i ) 、无线城域网( 如w i m a x ) 、公众移动 通信网( 如2 g 、3 g 、b 3 g ) 、卫星网络，以及a d h o c 网络、无线传感器网络等。 尽管这些无线网络为用户提供了多种多样的通信方式、接入手段和无处不在的接 入服务，但是，要实现真正意义的自组织、自适应，并且实现具有端到端q o s 保证的服务，还需要充分利用不同网络间的互补特性，实现异构无线网络技术的 有机融合。 异构网络融合是下一代网络发展的必然趋势。在异构网络融合架构下，一个 必须要考虑并解决的关键问题是：如何使任何用户在任何时间任何地点都能获得 具有q o s 保证的服务。异构环境下具备q o s 保证的关键技术研究无论是对于最 优化异构网络的资源，还是对于接入网络之间协同工作方式的设计，都是非常必 要的，已成为异构网络融合的一个重要研究方面。目前，异构网络融合的研究主 要集中在无线资源管理和移动性管理两方面。传统移动通信网络的无线资源管理 算法已经被广泛地研究并取得了丰硕的成果，但是在异构网络融合系统中的资源 管理由于各网络的异构性、资源和用户需求的多样性和不确定性，给该课题的研 究带来了极大的挑战；同时，异构网络间的移动性管理的研究也成为异构网络融 合的关键，安全机制、位置管理、切换控制、互操作控制等重要控制功能严重影 响着异构网络无缝覆盖程度以及用户在异构网络问安全、无缝地切换。 1 2 2 移动性管理技术 移动性管理技术最初源自蜂窝移动通信网络。在技术演进的过程中，未来的 移动性管理技术所涉及的研究背景扩展至包括各种无线接入技术在内的异构网 络环境。同时，业务、网络、终端之间的关系也经历了从独立到融合再到协同的 第2 页共7 2 页 北京邮电人学硕i j 学位论文 第一章绪论 发展过程。这些研究背景的变迁也给移动性管理技术带来了全新的挑战。 首先，移动性的涵义越来越广泛。传统的移动性仅限于同一个终端在物理移 动过程中的终端移动性( 如2 g 的蜂窝移动通信网) ，而在未来的移动性中，用 户可以使用多模终端、甚至将多个不同终端构成个域网，跨越异构网络边界、跨 越网络运营商、跨越业务提供商进行漫游，其中除了终端移动性，还包括个人移 动性、会话移动性、业务移动性、网络移动性等。其次，传统的移动性管理技术 只是特定网络技术的一个侧面，通过网络内的部分功能实体和相关协议实现，例 如蜂窝移动通信网中的移动性管理功能。而未来的移动性管理技术则在广泛融合 的环境中，成为跨越各种异构网络、同时涵盖网络、业务、终端等各个侧面的综 合技术。 许多国际标准组织都在关注移动性管理技术的发展和演进，包括电信领域中 致力于n g n 研究的i t u t 、e t s i 和致力于3 g 研究的3 g p p ，互联网领域中的 i e t f 和m w l f ，以及i e e e 、w w r f 等。这些标准组织均将移动性作为未来网 络应该支持的重要特征和需求之一，定义了终端在异构网络间移动的多种场景， 定义了一系列本研究领域内的移动性相关术语。另外，还分别提出了一些移动性 管理支持方案。产业界的各大公司，包括m i e r o s o f t 、c i s e o 、l u c e n t 、d o c o m o 、 h i t a r c h i 、q u a l c o m 等，也都基于移动性管理的产业背景和需求，分别进行了包 括体系结构、移动性支持协议、移动终端设计等不同侧面的研究和试验，并积极 参与到技术标准化的进程中，成为移动性管理技术发展的重要推动力量。 1 2 3异构网络切换技术 切换历来是移动性管理中的关键技术之一，跨越异构接入网络的垂直切换更 是未来异构网络移动性管理中的研究重点，用于保证用户跨异构网络移动时的会 话连续性。在未来异构的网络环境中，切换的种类也由于网络的异构性、应用场 景的多样性而变得丰富多彩，并且具有了一些新的特征，例如，允许用户根据个 人偏好或q o s 的考虑主动发起切换，切换中允许用户参与控制等。 切换的主要研究内容包括切换准则、切换控制方式、切换时的资源分配以及 切换实施中的链路转换等功能。并且，应尽量降低切换过程中的时延和丢包，以 实现无缝切换，降低切换对业务的影响。 就现有研究而言，垂直切换技术在切换性能、切换判决和互操作控制等方面 仍然面临巨大的挑战，现有研究还存在明显的不足：一是切换性能的优化。垂直 切换要保证与底层接入技术的无关性，必须在高层实现，而这种高层的通用性又 必然带来性能上的损失。二是高效、可行的切换判决方法。垂直切换判决是典型 的多标准判决问题，现有研究存在可行性差、乒乓效应显著、不利于网络资源有 效利用等缺点。 第3 页共7 2 贝 北京邮i u 人学硕i j 学位论义 第一章绪论 1 2 4无线通信仿真建模 通信系统仿真通常分为链路级仿真( l i n kl e v e l ) 与系统级( s y s t e ml e v e l ) 仿真两大类。链路级仿真关注的是发射机与接收机之间的单一链路，而系统级仿 真的目标是提高整个系统的总体性能，需要考虑到所有用户和基站。 链路级仿真是通过对物理层和链路层传输的建模，输出错误概率和信干噪比 ( s i n r ) 的关系。通常采用的错误概率为b e r ( 误比特率) 或b l e r ( 误块率) 或f e r ( 误帧率) 。一个好的链路级性能是达到好的系统级性能的必要条件但并 不是充分条件。 系统级仿真基于链路级仿真，可分为静态仿真和动态仿真2 类。静态仿真的 原理是采用蒙特卡罗( m o n t ec a r l o ) 方法：在特定配置下，静态仿真产生不同的 场景( 快照) 并通过迭代过程达到稳定状态。通过获得足够多次的快照可获得系 统平均性能。在静态仿真中时间是固定的，因此仿真速度较快，仿真也比较容易。 静态仿真不能仿真r r m 算法，因为这些算法都是与时间相关的。动态仿真更适 合于模拟真实系统的运行，比静态仿真更加准确但更复杂，同时也需要更多的时 间搭建及运行。在动态系统级仿真中，网络元素( 包括传播环境) 和算法都必须 按照其功能和要求建模。系统级性能与很多因素有关，例如系统结构、参数选择、 用户特性和业务特性等。r r m ( 无线资源管理) 算法也对系统级性能起着至关 重要的作用，例如接入控制、功率控制、资源分配算法和切换策略等。 1 3 论文的主要工作及研究成果 本研究课题受到了华为科技基金“多跳o f d m a 蜂窝系统资源分配与干扰 协调机制”和华为科技基金“o f d m o f d m a 系统中多小区联合资源分配、调度 算法研究”的资助。 本文主要对基于l t e 和w i m a x 的异构网络场景下的垂直切换进行研究， 利用m a t l a b 仿真工具实现垂直切换场景及算法，并进行了相关垂直切换性能分 析。本文所作的工作主要分为以下几个方面： ( 1 ) 异构网络中的垂直切换技术研究：对异构网络的移动性管理，异构网络 的切换技术进行了相关研究，并且针对垂直切换的三个阶段，以及垂直切换的新 特性和性能要求阅读了大量相关文献，对现有的垂直切换算法有了深入的认识和 了解，为提出本文提出的算法打下了基础。 ( 2 ) 搭建基于l t e 和w i m a x 的垂直切换仿真平台：课题阶段对无线通信网 络系统级仿真进行了深入的研究和实践，掌握了m a t l a b 仿真编译环境及相关编 程技巧。通过对l t e 和w i m a x 系统的认识，根据相关标准，实现了l t e 和 第4 页共7 2 页 北京邮i 乜人学颀一】：学位论文第一章绪论 w i m a x 融合的系统级仿真，并在其基础上加入了小区系统切换模块，实现了垂 直切换流程。 ( 3 ) 提出基于l t e 和w i m a x 的d t f h 算法：在深入了解垂直切换算法和性 能要求的基础上，利用模糊逻辑( f u z z yl o g i c ) 方法，分别在单用户场景和多用 户场景下提出了差值门限模糊切换算法( d t f h ) ，利用m a t l a b 仿真平台实现算 法并进行了性能分析。 1 4 论文的结构安排 本章后续部分安排如下： 第二章主要介绍无线异构环境中的垂直切换技术。通过移动性管理引出异构 网络中的切换技术，随后从切换的分类、切换控制方式引出垂直切换，进而介绍 垂直切换的三个阶段及其特点。本章最后给出了现有的异构网络切换判决算法， 并进行了一定的分析。 第三章对本文所采用的系统级仿真平台搭建工作进行了介绍。通过无线通信 的系统仿真分类引出系统级仿真技术。然后对基于l t e 和w i m a x 异构网络的 系统级仿真平台进行了介绍，对平台的流程设计以及各个模块的建模进行了较为 详细的设计。 第四章给出了作者提出的垂直切换算法d t f h 算法。首先给出了算法流 程，然后利用第三章所述系统级仿真平台，从单用户场景和多用户场景两方面对 算法进行了仿真实现，并对其性能进行了详细的阐述和分析。 第五章为本文的总结以及下一步研究方向介绍。 第5 页共7 2 页 北京邮电人学硕：i ：学位论文第二章异构网络的垂直切换技术 第二章异构网络的垂直切换技术 垂直切换是支持异构的移动性管理中用于支持会话移动性的关键控制功能。 本章首先简要介绍移动性管理技术，明确切换技术在其中的地位和作用。之后介 绍异构接入技术间的垂直切换技术、垂直切换所具有的新的特征和性能要求，以 及垂直切换中的关键技术。 2 1 移动性管理技术 2 1 1 移动性管理技术的起源和发展 移动性管理技术源自蜂窝移动通信系统。其中引入蜂窝小区的概念，解决了 公用移动通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾。也正是因为有了蜂窝小 区，终端或用户的移动性带来了位置管理、切换控制、漫游与注册认证等一系列 新问题，这正是蜂窝移动通信系统中移动性管理这一关键技术的基本研究内容。 并且，随着蜂窝移动通信技术的更新换代，移动性管理技术也始终是其技术和标 准演进中必不可少的组成部分。 除了电信网中与移动性管理相关的网络和系统之外，日益增长的移动性需求 和手机、掌上电脑、笔记本电脑等移动终端的大量出现，使得因特网中原有的固 定接入方式不再满足人们希望在任何地点、任何时候都能获得因特网服务的需 求，因此，提供移动的因特网接入成为因特网技术研究的热点问题之一。 在未来无线移动通信( 如b 3 g 4 g 等) 中，将会是多种无线接入技术与制式 共存，互补构成有机的整体，共同为用户提供无处不在、无时不在的泛在信息通 信服务。相应地，移动性管理技术也应具有新的特性，支持用户跨越异构接入网 络、跨越不同网络运营商、不同服务提供商的移动，保证用户的无缝业务访问和 最佳服务体验。 综上所述，移动性管理技术伴随着移动通信技术而产生、发展，随着技术与 应用的发展，移动性已经成为人们的迫切需求，移动性管理技术也已经不仅仅局 限于移动通信技术，而是应该将其放置于包含各种有线和无线网络、包括固定和 移动接入的、未来泛在、异构、融合的网络环境中进行研究。移动性管理技术也 不再是特定网络技术的一个侧面，而是涵盖业务、网络和终端等各个层面的一门 综合技术【ij 。 第7 页共7 2 页 北京邮电大学硕- 上学位论文 第二章异构嘲络的亟直切换技术 2 1 2 移动性管理关键控制功能 传统的蜂窝移动通信系统中的移动性管理技术主要包括位置管理和切换控 制两项关键技术。对于未来的移动性管理技术而言，为了支持异构的网络环境、 支持用户跨异构接入技术的漫游和移动，其关键控制功能包括：安全机制、位置 管理、切换控制和互操作控制。 2 121 安全机制 移动性管理技术中的安全机制主要包括四个部分的功能：关键数据保密性、 注册认证管理、信令消息完整性和移动服务不可否认性。还负责管理用户注册的 身份信息和业务属性信息，包括两个重要功能：认证授权管理和业务属性管理。 认证授权功能又分为：接入网络时的用户终端认证授权、使用业务时的业务认 证授权，涉及移动安全关联问题。认证负责验证确认移动目标的身份，授权功能 负责检查确认移动目标是否有权限使用其所请求的接入或业务等。另外，还有记 账功能，用于记录用户使用的资源、进行的操作，以便进行分析、审记和记费。 三者合起来即通常的a a a 功能。业务属性管理实现对业务属性的注册、更新、 查找、注销等功能。 目前，只有2 g 、3 g 等蜂窝移动通信网中的移动性管理安全机制相对比较完 备，对关键数据保密性、注册认证管理、信令消息完整性、移动服务不可否认性 都有相应的机制保证。而其他移动性管理技术中，大多只限于对注册认证管理的 支持。 2 122位置管理 位置管理实现跟踪、存储、查找和更新移动目标的位置信息，包括两个重要 功能：位置更新( 或称位置注册) 和位置查找( 或称寻呼) 。其中，位置更新由 移动目标向网络系统报告其位置的变更。位置查找则是网络系统查找移动目标所 在位置的过程，一般是系统发起的，涉及如何有效、快速地确定移动目标的位置。 位置管理需要位置数据库支撑，例如第二代移动通信网络( 2 g ，t h e2 n d g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 中的访问位置寄存器( v l r ，v i s i t o r l o c a t i o nr e g i s t e r ) 和归属位置寄存器( h l r ，h o m el o c a t i o nr e g i s t e r ) ，移动i p 的家乡代理( h a ，h o m e a g e n t ) 和外地代理( f a ，f o r e i g n a g e n t ) ，以及s i p 中 的位置服务器等。位置数据库可采用层次型数据库( 如在2 g 中采用的两层数据库 结构- - h l r 和v l r ) 、树型数据库和中心数据库结构 2 】。 为了便于实现位置管理，通常将整个网络的覆盖区划分成若干个位置区 ( l a ，l o c a t i o n a r e a ) 与寻呼区( p a ，p a g i n g a r e a ) 。