中继网络中的负载均衡研究

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中继网络的提出有效地缓解了传统蜂窝网络不能满足人们不断增长的速率需求这一问题。通过引入中继节点将一条较长的传输路径分成几段具有更好传输质量的较短路径,提高了系统容量。在一些不方便安放基站的地方通过架设中继能够有效地扩大系统的覆盖范围。但是由于人们运动的不确定性,仍然可能出现某些热点小区业务过载,导致大量用户被阻塞,而在周围小区由于用户数目过少而使大量资源闲置的情况。中继网络中的负载不均衡问题依然突出。如何在中继网络中实现小区间的负载均衡已经成为当前的一个研究热点,本文也是针对这一问题进行研究。本文首先研究了中继网络中多业务情况下的负载均衡问题。文中对中继网络中的多业务负载均衡问题进行建模,将其抽象为一个以最大化成功接入用户比例为目标的数学问题,并针对这个问题给出一种五步法负载均衡策略。通过动态控制用户、中继和基站的连接关系,使热点小区的负载尽量多地转移到空闲小区。由于非实时业务速率可变,还通过减少非实时用户的信道数目,使更多的用户接入网络,降低了用户的阻塞概率。为了保证实时业务的性能,在接入控制时优先进行实时用户的接入。本文还研究了中继网络中考虑用户切换性能的负载均衡问题。在处理用户接入请求时,充分考虑到新用户与切换请求用户的差异性,给出了一种考虑用户切换的负载均衡策略。该策略为新用户与切换请求用户设置不同的接入门限,新用户具有更高的门限,即为切换请求用户设置了一定数目的保护信道。使切换用户相对于新用户具有更多的可用信道。同时在用户接入时采用直接负载均衡与间接负载均衡的方法将热点小区的用户通过中继转移到相邻的轻负载小区,合理利用系统的信道资源,降低用户接入请求的阻塞概率。随后本文用三维马尔科夫链模型对该策略进行了理论分析。理论分析和仿真结果表明该策略较好的保证了切换请求用户的高优先级,使其具有更低的接入请求阻塞概率。
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