异构无线网络垂直切换机制的性能分析

北京邮电大学硕士学位论文异构无线网络垂直切换机制的性能分析姓名：靳淑娴申请学位级别：硕士专业：计算机科学与技术指导教师：王文东20080228异构无线网络垂直切换机制的性能分析摘要随着多种无线接入网技术的出现与发展，以及用户全球移动性和服务连续性要求的出现，使得不同接入网之间的融合成为了无线网络的发展趋势．垂直切换机制是一种处理用户在异构网络之间进行切换的机制，它已得到广泛研究和应用，其目的就是保证用户在不同网络之中无缝漫游．WCDMA是一种成熟的3G技术。很多专家已经对WLAN与WCDMA之间的垂直切换性能进行了研究．TD-SCDIVIA是由我国提出的一种新型3G技术，此技术已经在全球范围引起关注，成为了研究热点．对TD—SCDMA／WLAN异构网络垂直切换机制的性能分析是论文的重点，并将其与WCDMA和WLAN之间的垂直切换进行比较．用来评估垂直切换性能的参数有很多，例如抖动，延迟，容量，用户掉线率和用户阻塞率等．论文以用户掉线率和用户阻塞率这两个参数来对比这两种异构网络无缝漫游能力，并通过MATLAB平台对系统进行模拟．论文首先对WCDMA，TD-SCDMA和WLAN技术进行了简介，并介绍了MATLAB平台的特点．然后论文对这三个网络的接入控制机制进行了详细的描述。此机制的主要作用是检测网络中是否有足够的资源来满足新用户的要求，从而计算出异构网络的用户掉线率和用户阻塞率．论文选用典型应用来对异构网络进行模拟和性能分析．但由于现实中网络的复杂性，论文简化了模拟场景：模拟区域是某一3G小区内的边长为1000米的正方形区域：这个模拟区域内有两个WLAN；WLAN的覆盖范围是半径为100米的圆：网络中所有的用户都在缓慢移动(步行)．通过对已有无线网络模拟实验的分析，论文还介绍了网络模拟中需要考虑的一些子模型以及这些子模型的实现．这些子模型包括：切换模型，流量模型和运动模型。其中切换模型用来决定切换在什么时候开始进行初始化：流量模型用来模拟各个服务在网络中的流量行为：运动模型用来模拟网络中各个结点的运动方式，此模型直接影响网络的容量以及其连接性．基于以上的子模型，论文对WCDMA／WLAN和TD—SCDMA／WLAN这两种垂直切换机制进行了模拟，并对其性能进行了对比和分析。论文最后对全文进行了总结，分析了研究中的不足并指出了今后研究工作的方向．关键词：TD-SCDMAWLANWCDMA垂直切换接入控制ⅡPERFORⅣ【ANCEANALYSIS0FVElU’ICALHANDOVERFORHETEROGENOUSWIRELESSNETWORKWiththeappearanceanddevelopmentofvariouswirelessaccesstechnologies，theusersincreasinglydemandtheglobalmobilityandservicecontinuity,SOthetrendforthewirelessnetworkistocombinedifferentaccessnetworksintoasingleone．Toguaranteetheseamlessroamcapabilityofheterogeneousnetwork，theverticalhandovermechanismhasbeenusedwidely．WCDMAhasbeenusedwidelyasamature3Gtechnology,andmanyexpertshasdonealotofresearchintheverticalhandoverbetweenⅥ。ANandWCDM八Nowadays，anew3Gtechnology,1D·SCDMA,proposedbyChinaappears．，nlisnewtechnologyhasdrawntheattentionallovertheworldandbecomesthefocusofmostresearch．Th【isthesisresearchesmainlyinthemechanismofverticalhandoverbetweenWLANandTD．SCDMA,whichiscomparedwiththehandoverbetweenWLANandWCDMA．Therearemanycriteriausedtoestimatetheperformanceofhandover：jitter,delay,capacity，call-droppingprobabili哆andcall-blockingprobability．Inthisthesis，onlythecall··droppingprobabilityandcall··blockingprobabilityaretakenintoaccounttopresenttheseamlessroamingcapabilitybetweendifferentnetworksinthetwosystems，andthesimulationisdonethroughtheplatfomofMAn。AB．Firstly,thisthesisintroducesthetechnologybackgroundofⅥ忙DMA,TD-SCDMAandWEAN,anditdecribesthecharacteristicsofM衄ABtoo．ThentheadmissioncontrolmechanismsofthethreeIIInetworkswillbeintroducedindetail，andthismechanismisusedtocheckthatwhetherthereisenoughnetworkresourcetosatisfythenewuser’srequirement．Thenthecall—droppingprobabilityandcall—blockingprobabilityofheterogeneousnetworkscanbeworkedout．ThisthesisbringssometypicalkindsoftraffiiCintotheheterogenousnetworktoanalyzetheperformanceofverticalhandover．Becauseofthecomplexityoftherealisticnetwork，thisthesissimplizesthesimulationscenario：Thesimulationareaisasquareof1000m水1000mwithinaeellof3Gnetwork：therearetwoWLANsexistinginthesimulationarea；theⅥAN’scoveringareaisacirclewiththeradiusof100meters；theusersintheheterogeneousnetworksareallsupposedtobepedestrians．Throughthestudyofformersimulationofwirelessnetwork，thisreportalsointroducestheessentialsub．modelswiththeirimplementation．Thesesub．modelsincludehandovermodel，trafficmodelandmobilitymodel．Thehandovermodelisusedtodecidewhenthehandovershouldbeinitialized；thetrafficmodelisusedtosimulatetherelatedtrafficbehaviorinthenetwork：mobilitymodelisusedtosimulatethemobilitycharacteristiesofeverynodeinthenetwork．Basedonthesub—modelsmentionedbefore，thisthesissimulatesthetwoverticalhandoversofⅥ，CDMA／、ⅣLANandTD．SCDM删ANrepectivelywhicharecomparedwitheachotherheretoo．Intheend，thisthesissumsupallofthecontentanddescribesthedeficiencyoftheresearchaswellasthefuturework．KEYWORDS：TD-SCDMA,WLAN，WCDMA,verticalhandovef，calladmissioncontrolIV图表目录图4．13G-twWLAN切换初始化删⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯．20图4-2VI[LAN-to．3G切换初始化【H(瑚I⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图4．3WLAN，WCDMA和TD．SCDMA中的传输模型⋯⋯图4—4距离模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25图4-5RWP模型的Z字型运动【sND001图4-6RWP模型流程图⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯．28图4．7数据流量模型【删．．29图4-8ON．OFF模型【J枷删⋯⋯⋯⋯⋯图4．9离散马尔可夫链11∞唧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．图4．10流量模型中各参数意义[HVWr001⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30图4．11两个中传送数据时的信道⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。31图4．12简化的视频流量模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯33图4．13本文中从WCDMA到WLAN的切换概率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图4．14【ItCL00]中9,WCDMA到WLAN的切换概率【Hc珊l⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．35图4．15本文中从WLAN到WCDMA的切换概率⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．．35图4．16【HCL00】中从WCDMA到WLAN的切换概率脚l图4．17在1000秒和3600秒时的结点分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯。37图5．1系统仿真场景．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．38图5-2网络选择过程⋯⋯⋯⋯⋯。⋯45图5-3切换的流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．46图5—4第一秒location变量的设置过程⋯．．图5-5随后某秒location变量的设置过程图5_6潜在流量的初始化⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯49图5-7access变量在系统模拟过程中的变化⋯⋯⋯⋯50图5．8用户在两个网络内的掉线率比较⋯⋯⋯⋯⋯。5l图5．9语音用户在两个网络内掉线率比较51图5．10视频用户在两个网络内掉线率比较⋯⋯52图5．11用户在两个网络内的阻塞率比较⋯⋯⋯．53图5．12语音用户在两个网络内的阻塞率比较．53图5．13视频用户在两个网络内的阻塞率比较．⋯⋯．54图5．14系统接纳用户的平均值⋯．．55图5．15混合服务情况下的用户掉线率对比．56图5．16混合服务情况下的用户阻塞率对比⋯⋯⋯⋯．．．⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯56VⅡ表格目录表格4·1传播模型参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22表格5·1切换模型各极限值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．40表格5乏各服务在网络中的活动参数表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．40表格5弓网络的拥塞指数门限值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41表格5—4负载因子所需参数表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。41表格5．5各服务给WLAN带来的拥塞增加值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。42VⅢ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