基于马尔科夫过程的垂直切换判决算法的设计与仿真

论文摘要

未来的移动通信网络会是由各种不同接入技术融合在一起的异构网络,这种复杂的网络能够为用户提供各种接入方式、传输速率、多样化的服务,更好地体现出用户的需求。垂直切换相关技术是异构网络管理技术中非常重要的组成部分,它能够保证移动终端在不同网络问进行移动时的服务质量（Quality of Service, QoS）,因此垂直切换算法的好坏直接影响着整个异构网络的性能。本文主要研究了垂直切换过程中的切换判决问题,并设计了基于马尔科夫过程的垂直切换判决算法。针对现有单属性算法的不足,本文首先提出了基于马尔科夫过程的单属性算法,主要考虑了接收信号强度（Received Signal Strength, RSS）因素,利用RSS构造用户在切换区的预留生存时间模型,较为有效地延长了用户在优选小区的使用时间,并建立用户速度与切换门限值之间的关系式,使得切换门限值能够根据用户的速度进行动态的调整,从而使得系统性能在一定的范围内有所提升。本文又提出了基于马尔科夫决策过程（Markov Decision Process, MDP）的多属性算法,考虑与系统相关的多个QOS因素构造回报函数,以及利用G1法与熵权法确定各个因素之间的相对权重,最后使用相关迭代算法求出最优解,选择在决策时刻点能提供最大回报值的网络进行切换.为验证所设计的两种算法的性能,文中以MATLAB和NS-2为平台建立了仿真环境,并与现存的其他切换算法进行比较。仿真结果表明：基于单属性的垂直切换判决算法,在平均切换次数、可用带宽、网络利用率、决策延迟等方面的性能较原有算法有所提高；基于多属性的垂直切换判决算法,在平均切换次数、总回报值等方面的性能较原有算法有所提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 异构无线网络概述
• 1.2.1 移动通信技术的发展历程
• 1.2.2 宽带无线接入技术的演进
• 1.2.3 异构无线网络融合结构
• 1.3 异构无线网络的切换管理机制
• 1.4 研究目的与意义
• 1.5 论文主要工作和内容安排
• 1.5.1 主要工作
• 1.5.2 内容安排
• 1.6 课题来源
• 第2章 垂直切换技术概述
• 2.1 引言
• 2.2 移动性管理技术
• 2.2.1 移动性管理关键控制功能
• 2.3 垂直切换技术研究
• 2.3.1 水平切换和垂直切换
• 2.3.2 垂直切换步骤
• 2.4 算法研究基础
• 2.5 本章小结
• 第3章 垂直切换判决算法介绍
• 3.1 垂直切换算法判决综述
• 3.2 垂直切换判决算法研究现状
• 3.2.1 基于RSS算法
• 3.2.2 基于代价函数的判决算法
• 3.2.3 多属性判决算法
• 3.2.4 基于人工智能的垂直切换判决算法
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于马尔科夫的单属性垂直切换判决算法
• 4.1 问题描述
• 4.2 系统相关模型
• 4.2.1 网络拓扑模型
• 4.2.2 高斯-马尔科夫移动性模型
• 4.2.3 路径损耗传输模型
• 4.2.4 生存时间模型和应用信号门限值
• 4.2.5 切换门限值
• 4.3 算法设计
• 4.4 算法数学分析
• 4.4.1 转移概率
• 4.4.2 切换概率和切换次数
• 4.4.3 可用带宽
• 4.4.4 包延迟
• 4.4.5 WLAN网络利用率
• 4.4.6 系统代价函数
• 4.5 仿真及性能分析
• 4.5.1 系统仿真模型
• 4.5.2 仿真结果及性能分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于马尔科夫决策过程的多属性垂直切换判决算法
• 5.1 问题描述
• 5.2 系统相关模型
• 5.2.1 网络模型
• 5.2.2 马尔科夫决策模型
• 5.2.3 灰色关联分析
• 5.2.4 G1法与熵权法
• 5.3 算法设计
• 5.3.1 状态空间
• 5.3.2 回报函数
• 5.3.3 转移概率
• 5.3.4 最优值与最优值求解算法
• 5.3.5 算法流程
• 5.4 仿真及性能分析
• 5.4.1 仿真参数设定
• 5.4.2 仿真结果及性能分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结束语
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢