HSDPA接入技术的纳什（Nash）竞争策略研究

论文摘要

HSDPA无线接入资源的合理控制和分配,由于其重要的实用价值及数学上的难处理（NP-hard）,长期受到无线移动通信学术界和应用领域的高度重视。对于该问题,目前已有的研究十分有限,在建模、算法设计以及应用方面还处于初步的探索阶段,具有很大的研究空间。本论文主要以HSDPA接入技术的接入资源控制和分配为研究平台,探索研究适合应用于未来新一代移动通信系统无线接入资源控制和分配发展趋势的纳什（Nash）竞争策略。依据无线资源管理的不同方面,HSDPA无线接入资源的控制和分配中的纳什（Nash）竞争策略研究课题,可进一步细化成以下的研究子课题:业务流控制策略、小区业务承载和切换、快速蜂窝（FCS）选择、公共信道利用、多媒体业务合作共享、组播群组竞争接入下的纳什（Nash）竞争策略等方面。本文就上述涉及到的HSDPA的无线接入资源控制和分配中的几个纳什（Nash）竞争策略子课题,首先研究了目前研究存在的问题、解决进度和遗留的技术难点。之后,分别从接入用户个体与群组、无线节点（Node B）和全网多媒体宽带业务差异化接入等不同方面,针对多媒体无线宽带业务呈现出的差异化、等级化、小群组、个性化等新特性,突破集中、单一的无线接入传统控制模式在兼顾接入用户、不同的多媒体宽带业务差异化带来异构目标上的局限性,创新提出了一些基于纳什（Nash）竞争的无线资源接入和控制的策略及模型。归纳起来,本论文主要做了以下几方面的研究工作:（?）剖析了纳什竞争理论在HSDPA无线接入技术应用中所蕴含的复杂系统方法论思想和基本原理,提炼了纳什竞争冲突、优化和均衡应用特点。通过研究无线接入不同层面应用现状,创新性地指出纳什竞争在HSDPA无线接入技术应用研究中建模、分析与定量求解的一些要点。该模型参数独立控制调整,信令交互量少,对核心网络和上层控制机制依赖性弱,响应反馈时间短,有利于整体平衡、优化资源配置,提高无线资源利用效率。由此,阐明本论文研究的动机、可行性和未来研究思路。（?）在HSDPA在非合作纳什（Nash）竞争下的无线资源接入和控制中的小区承载切换、公共信道利用、快速小区选择（FCS）协调机制等创新性研究中取得了一定的成果。在小区承载切换研究中,从系统整体角度研究和分析各冲突参与方的决策工具集。突破传统仅关注用户层面和分优先级切换策略的局限。尝试从系统整体角度,深入分析切换模型。创新提出以Stackel berg业务切换子博弈完美模式下的独立参数调整,并经二阶段均衡纳什闭环纯策略博弈,达到小区切换子模式完美均衡解。在公共信道利用研究中,以均衡唯一的非对称纳什竞争为基础,通过保持综合业务接入服务质量和业务平衡,研究了目标切换小区群集间、漫游用户驻留原小区和目标小区间资源预留互动中的分布式效用函数动态收敛协商过程,并由此创新建立了立足于漫游用户在小区选择激活集最优匹配算法的FCS协调机制。基于小区选择激活集最优匹配算法的FCS协调机制不仅综合考虑了相邻小区间切换资源、漫游用户驻留和目标切换小区间以及小区激活集合内的效用动态收敛协商过程,还理清了不同参与方对FCS协调机制的影响评估,具有较强的实践指导意义和理论上的探索突破。在快速小区选择（FCS）协调机制研究中,通过细分不同前提下,漫游移动用户群和系统网络的公共信道利用,创新摸索出纳什均衡下的公共信道共享策略,初步构建以整体效用最大化为基础的公共信道利用分析模型。该创新模型和传统模式比较,首次引入了漫游移动用户群和系统网络之间在公共信道利用上的纳什（Nash）协商竞争,不仅提高了公共信道的利用效率,而且有效加强了对公共信道的监控和调节反馈。此外,该设计思路对新一代通信系统的信道设计也有借鉴作用。（?）目前,无线多媒体宽带用户间没有建立共享机制,数据相互孤立,日益成为宽带多媒体业务发展瓶颈。鉴于无线资源的稀缺和多媒体多播或组播业务（MBMS）迅速发展的瓶颈矛盾,为最大限度利用无线资源,提升用户感知,本文以此为突破口,创新从多媒体多播或组播业务（MBMS）的逻辑共享信道和服务质量协商机制出发,研究并构建沙普利核为基础的纳什（Nash-Harsanyi）模型,按剩余缺口或者较小比（minimum ratio）递推计算,以Raiffa裁决达成三种典型无线多媒体业务下的多用户共享合作解,较大限度地利用无线资源,提升用户感知。本文针对多媒体业务合作共享不断发展的现实趋势和用户群共享特征,在恒定和多阶梯分级门限下,避免偏重个体的组播群组接入性能研究上做了一些创新性工作。通过本文的探索和研究,组播群组接入中的纳什（Nash）合作竞争,不仅可缓解信息非对称以及宽带组播业务的资源和信令消耗,使得基于纳什（Nash）合作竞争接入的组播通信技术在应用中显示出一定灵活性,并且为组播群组竞争接入算法新设计提供了初步的理论研究基础。（?）最后,从系统角度,以具体衡量的客户化感知（Q&E）体系为基础,结合无线多媒体宽带业务网络承载和业务层应用中的动态码率差异化适配分析,创新构建以模糊层次法为基础的无线多媒体宽带业务差异化接入综合评估模型,为未来无线宽带业务接入的性能评估和持续提升进程开辟了新的途径。总之,本文虽然作了一些有益的创新探索,但是无线多媒体宽带通信技术的发展日新月异。因此,我们应该在实践中不断扬弃,更深入地研究纳什竞争理论所蕴含的复杂系统思想和基本原理。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 插图和附表清单
• 1.第一章 绪论
• 1.1 现状和研究方向
• 1.2 本论文的应用背景
• 1.3 目前研究存在的问题、解决进度和遗留的技术难点
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 1.5 本论文结构和章节安排
• 1.6 本论文的主要创新点
• 2.第二章 基于纳什非合作竞争的HSDPA业务流控制策略
• 2.1 引言
• 2.2 纳什（Nash）竞争理论的基本特点和分类
• 2.3 基于纳什（Nash）竞争的HSDPA业务流控制策略
• 2.4 本章小结
• 3.第三章 HSDPA业务承载和StackeIberg切换模型分析
• 3.1 引言
• 3.2 涉及Stackeiberg切换模型的HSDPA无线接入网的特点
• 3.3 HSDPA的承载业务能力和关联限制因子分析
• 3.4 HSDPA在关联限制下的Stackelberg切换分析
• 3.5 本章小结
• 4.第四章 HSDPA中快速小区选择（FCS）协调机制分析
• 4.1引言
• 4.2 HSDPA的关键技术子集分类和特点
• 4.3 基于均衡唯一非对称纳什（Nash）竞争的FCS协调机制
• 4.4 本章小结
• 5.第五章 HSDPA中的公共信道利用
• 5.1 引言
• 5.2 认知无线电在公共信道中的利用
• 5.3 HSDPA的公共信道类型及分布
• 5.4 HSDPA的公共信道利用分析
• 5.5 HSDPA的系统网络和用户公共信道占用情况
• 5.6 公共信道切换和跨层设计
• 5.7 本章小结
• 6.第六章 HSDPA中多媒体业务的共享机制
• 6.1 引言
• 6.2 多媒体多播或组播业务（MBMS）的协议接口和实现模式
• 6.3 HSDPA多媒体合作共享机制建立
• 6.4 合作共享机制的仿真结果和讨论分析
• 6.5 本章小结
• 7.第七章 组播群组竞争接入技术
• 7.1 引言
• 7.2 组播群组竞争接入模型和比较
• 7.3 组播群组竞争接入仿真结果和分析
• 7.4 本章小结
• 8.第八章 无线多媒体业务的差异化接入机制
• 8.1 引言
• 8.2 HSDPA无线接入网的复杂特性和解决思路
• 8.3 无线多媒体宽带业务在网络承载中的差异化机制基础
• 8.4 在业务层应用中的动态码率差异化适配机制
• 8.5 端到端的无线多媒体宽带业务差异化衡量体系
• 8.6 本章小结
• 9.第九章 结论
• 9.1 工作总结
• 9.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间的科研成果