異構無線融合網絡中無線資源管理關鍵技術探討

魯棟

【關鍵詞】異構 無線融合網絡 無線資源 管理

1 異構無線融合網絡概述

1.1 異構無線融合網絡定義

異構指的是兩個或兩個以上的無線通信系統采用不同的接入技術或采用相同的接入技術而不屬于同一個運營商。通過系統的融合將多個系統優勢整合，取長補短，滿足移動通信業務，用不同類型的網絡來為用戶提供無線接入，打破無線接入的時間限制和空間限制，從而構成異構無線融合網絡。

1.2 異構無線融合網絡關鍵技術

異構無線融合網絡采用隨機組網、移動性管理以及無線資源分層管理等技術實現異構網絡的融合，實現異構網絡的協同作用。其中無線資源的協同管理技術至關重要，包括異構網絡協同處理無線信號、傳輸鏈路協同等等，在無線資源管理的各個方面都涉及到協同技術。

對于異構無線融合網絡移動性管理來說，主要通過主機標識的確定來對隨機移動終端位置進行查找，確定移動終端位置之后就能夠實現數據的傳輸或呼叫，而在數據傳輸和呼叫的過程中能夠有效保證連續的通信。為了能夠支持異構無線融合網絡環境，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，通過移動管理技術實現網絡通信的連續性。

對于異構無線融合網絡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，相較于傳統的無線資源管理模式來說，異構無線融合網絡中的無線資源管理涵蓋了所有異構網絡的資源控制機制，包括了多種接入技術，以此來實現對無線資源的優化使用，提升系統容量，從而提高無線資源的利用效率。此外，在異構無線融合網絡中的無線資源管理包括傳統管理模式的功能，其能夠有效提升傳輸效率，同時能夠實現能量的節約。下面就對異構無線融合網絡中無線資源管理的關鍵技術進行具體分析。

2 異構無線融合網絡中無線資源管理關鍵技術

在異構無線融合網絡中，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絡融合到一起，形成一個協同工作的異構無線系統。對于異構無線融合網絡來說，其無線資源管理技術一直是無線通信系統研究的重點和熱點，如何合理的管理無線資源實現不同用戶業務體驗與需求的平衡至關重要。異構無線融合網絡中無線資源管理關鍵技術涉及到的內容十分廣泛，下面進行具體分析。

2.1 呼叫接入選擇與控制

在異構無線融合網絡中，呼叫接入選擇與控制是無線資源管理的重要組成部分，以相關準則為依據，做出允許接入或拒絕接入到達呼叫請求的決定，從而實現對呼叫接入的選擇和控制。其考慮的是在復雜的環境下來盡可能的提升系統利用效率，從而為客戶提供最好的QoS。在接入選擇算法中，為了能夠充分的對異構無線融合網絡中集群增益和多接入分集增益進行有效利用，需要每一個多模終端的應用合理的選擇接入。將呼叫接入選擇與控制相結合能夠構成密切相關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入控制和接入選擇兩個過程結合，采用分布式接入選擇的時候，終端在接入選擇過程中無法對選擇決策能否被接受進行預測，如果目標系統拒絕了終端接入請求，則終端需要重新進行接入選擇過程，這就增加了垂直切換過程延時。

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本地信息進行使用，另外一種是協作方案，在協作接入控制中不僅需要對本地信息進行使用，同時需要對其他小區信息進行考慮，有新建呼叫請求及收入的時候，本地小區會與其他參與控制的小區通信，構建小區集群，實現信息轉換，從而實現對不同接入控制方案的確定。

異構無線融合網絡中統一分析了各種呼叫溢出技術，建立了移動模型，改進了雙向溢出呼叫接入控制方式，不僅考慮了呼叫移動速度，同時考慮了呼叫對小區的覆蓋。從異構網絡特點出發，根據異構小區構建方式及其信息轉換方式和使用方式能夠設計不同的接入準則，能夠針對分布式和集中式兩種接入方案來設計接入選擇和控制方案，這就能夠有效提升信道利用效率，對于阻塞和掉線現象的減少也有著重要意義。

2.2 路由選擇與控制

異構無線融合網絡根據網絡環境變化實現自適應控制，網絡域、協議層以及各個節點的協同能夠實現跨網絡域、跨節點、跨協議層的業務QoS路由選擇。

如圖1所示，為異構無線mesh路由協議模型，該路由協議模型包括鄰居發現機制、路由度量、信息發布模型以及路由算法等四個子模塊，刻畫了無線電的異構性，通過分層協作實現了對網絡拓撲信息的共享 ，由此可見，對節點周圍網絡環境變化考慮來實現分層控制是路由選擇與控制技術的重中之重。

2.3 切換技術

切換技術是無線通信系統中的關鍵技術，在異構無線融合網絡中，各個網絡的移動稱為垂直移動，垂直切換是實現無縫垂直移動的關鍵，指的是移動終端接入點改變過程中保持用戶通信持續性的技術。

異構無線融合網絡能夠實現業務QoS切換，利用層間呼叫溢出技術，以保護信道、信道侵占以及隊列緩沖為基礎制定切換策略。在快速和慢速實時切換業務中，這種切換策略能夠有效降低掉線率，而對于非實時業務來說，這種切換策略也能夠有效保證切換性能。

切換技術對層間寫作設計垂直切換算法充分利用，在有效降低組分丟失率的基礎上，降低了切換次數，避免“乒乓效應”的出現，對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

當小區出現負載過重的情況時，流量均衡技術會發揮作用，能夠將異構多模終端用戶向流量較輕的重疊覆蓋異構小區中進行轉移，這就會空出一些無線資源，而其他的呼叫則可以使用這些資源，實現了資源的合理配置，降低了呼叫阻塞率，提升了異構無線融合網絡系統的利用效率。

流量均衡技術以業務選擇為基礎，采用非周期性流量控制機制，提出了三種流量均衡算法，從而建立小區逗留時間模型。三種算法分別是以逗留時間為基礎的流量均衡算法、以逗留時間為基礎的動態流量均衡算法以及以逗留時間和業務為基礎的動態流量均衡算法。為了進一步提升小區系統信道利用效率，采用混合動態流量均衡算法，此算法以流量轉移技術和信道借用技術為基礎，能夠有效降低小區呼叫阻塞率和呼叫切換的掉線率。

2.5 速率與功率控制

在異構無線融合網絡中，無線資源管理的重要目標就是降低整個系統的發射功率、提升網絡傳輸速率。在異構網絡傳輸中，傳輸技術與終端發射功率有著差異性，這種差異性是導致信道容量存在差異的重要原因，如果信道容量較低，則會降低整個協作傳輸的信道容量，信道容量降低之后，會對整個傳輸過程產生限制作用，終端節點發射功率的增加并不會對傳輸速率產生提升作用，傳輸速率不會增加，而終端節點發射功率增加會大大提升整個分布式系統傳輸的總功率，因此，對于異構無線融合網絡來說，如何根據實際情況進行異構分布式傳輸功率、速率、資源的自適應調整和調度是至關重要的。

在異構分布式網絡中，中繼節點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，通過對功率的有效控制能夠提升中繼站傳輸的速率，這就有效節約了整個異構無線融合網絡系統的能耗，從而提升無線中繼網絡的性能。

對于異構無線融合網絡的融合和互聯來說，主要通過融合機制來完成，通過無線中繼技術和協同通信的融合來實現異構無線網絡的融合。在融合的過程中，為了提升協同容量，采用協同功率分配優化模型，利用協同功率分配算法來對發射功率進行合理設置，這就能夠保證第一跳和第二跳鏈路傳輸速率的匹配性，從而實現異構無線融合網絡系統性能的優化。

為了提神異構無線融合網絡容量，還可以使用各種寫作速率分配與控制方案。對于多信道和多跳異構無線融合網絡來說，其視頻流資源的分配和管理可以通過建模為凸優化，以完全分布式接入為基礎，對路由資源調度、速率分配等無線資源調度機制進行設計，實現每一流在最小化網絡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 干擾協調技術

對現存的網絡拓撲結構進行一定的改進和改變，將大量低功率蜂窩基站布放到宏蜂窩網絡層中，以無線電認知技術和頻譜感知技術為基礎，能夠實現系統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網絡拓撲結構改變基礎上的，新節點的引入必然會對原有結構改變，這就會產生小區間的干擾，因此，在頻譜資源管理方案中如何消除干擾或協調干擾至關重要。

針對異構無線融合網絡中干擾協調的問題，主要的解決方法有頻分復用法、子載波分配方法、波束成形法和功率控制方法等。

2.7 協同無線資源管理技術

協同無線資源管理技術以某種核心管理模塊為基礎，這種管理模塊能夠對異構無線融合網絡中的無線資源實現協同管理，原本在各個系統中分散的獨立無線資源能夠在協同管理下實現共享，這就有效平衡了各個系統之間的載荷，從而實現無線資源的集群增益。

放大重傳中繼節點和解碼重傳中繼節點能夠構成中繼系統，這種中繼系統是異構形式的，大量的異構中繼節點能夠協同進行傳輸，而目的節點則能夠實現大量異構中繼節點信號的同時接收。在此方案中，采用聯合編碼和選擇性傳輸技術，節點增加的過程中能夠有效體現集群增益。

此外，還可以采用異構無線融合網絡通信機制，在此通信機制中，第二跳鏈路是否采用時間分集方案過程中，中斷概率、中繼節點數量以及信道增益和標稱功率之間存在著一定的關系。

除了能夠產生集群增益之外，如果對多模終端傳輸效率及在不同無線接入系統中的表現進行考慮，就能夠將多模終端中的應用適時與無線接入系統連接，這樣就能夠產生多接入的分級容量增益。將集群增益與分級容量增益進行比較，兩種增益效應有著一定的區別。對于集群增益來說，無論在異構無線融合網絡還是在獨立無線接入系統，只要能夠實現無線資源共享就能夠產生集群增益，并且能夠均衡業務荷載，而對于分級容量增益來說，其只適用于異構無線融合網絡，且其增益效果與無線接入系統之間的差異性相關，差異性越大，則產生的分級容量增益效果越明顯。

3 結論

綜上所述，在異構無線融合網絡的發展過程中，容量及能效問題、性能問題的解決是關鍵，這就需要對異構無線融合網絡中的無線資源進行有效的管理和配置。通過上文中的分析可知，異構無線融合網絡無線資源管理的關鍵技術主要有呼叫接入選擇與控制技術、切換技術、功率與速率控制技術、干擾協調技術以及協同技術等，在所有的技術中，協同管理至關重要。

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