异构无线融合网络中无线资源管理关键技术探讨

鲁栋

【关键词】异构 无线融合网络 无线资源 管理

1 异构无线融合网络概述

1.1 异构无线融合网络定义

异构指的是两个或两个以上的无线通信系统采用不同的接入技术或采用相同的接入技术而不属于同一个运营商。通过系统的融合将多个系统优势整合，取长补短，满足移动通信业务，用不同类型的网络来为用户提供无线接入，打破无线接入的时间限制和空间限制，从而构成异构无线融合网络。

1.2 异构无线融合网络关键技术

异构无线融合网络采用随机组网、移动性管理以及无线资源分层管理等技术实现异构网络的融合，实现异构网络的协同作用。其中无线资源的协同管理技术至关重要，包括异构网络协同处理无线信号、传输链路协同等等，在无线资源管理的各个方面都涉及到协同技术。

对于异构无线融合网络移动性管理来说，主要通过主机标识的确定来对随机移动终端位置进行查找，确定移动终端位置之后就能够实现数据的传输或呼叫，而在数据传输和呼叫的过程中能够有效保证连续的通信。为了能够支持异构无线融合网络环境，其主要的控制功能有位置管理、切换控制以及控制互操作等，通过移动管理技术实现网络通信的连续性。

对于异构无线融合网络的无线资源管理来说，其不仅涉及到频谱资源的管理和分配，还包括发射功率、信道编码以及连接模式等资源的管理和控制，相较于传统的无线资源管理模式来说，异构无线融合网络中的无线资源管理涵盖了所有异构网络的资源控制机制，包括了多种接入技术，以此来实现对无线资源的优化使用，提升系统容量，从而提高无线资源的利用效率。此外，在异构无线融合网络中的无线资源管理包括传统管理模式的功能，其能够有效提升传输效率，同时能够实现能量的节约。下面就对异构无线融合网络中无线资源管理的关键技术进行具体分析。

2 异构无线融合网络中无线资源管理关键技术

在异构无线融合网络中，需要将不同层次、不同类型以及相互重叠的各种无线通信网络融合到一起，形成一个协同工作的异构无线系统。对于异构无线融合网络来说，其无线资源管理技术一直是无线通信系统研究的重点和热点，如何合理的管理无线资源实现不同用户业务体验与需求的平衡至关重要。异构无线融合网络中无线资源管理关键技术涉及到的内容十分广泛，下面进行具体分析。

2.1 呼叫接入选择与控制

在异构无线融合网络中，呼叫接入选择与控制是无线资源管理的重要组成部分，以相关准则为依据，做出允许接入或拒绝接入到达呼叫请求的决定，从而实现对呼叫接入的选择和控制。其考虑的是在复杂的环境下来尽可能的提升系统利用效率，从而为客户提供最好的QoS。在接入选择算法中，为了能够充分的对异构无线融合网络中集群增益和多接入分集增益进行有效利用，需要每一个多模终端的应用合理的选择接入。将呼叫接入选择与控制相结合能够构成密切相关的无线资源管理功能。采用集中式算法接入選择则可以将准入控制和接入选择两个过程结合，采用分布式接入选择的时候，终端在接入选择过程中无法对选择决策能否被接受进行预测，如果目标系统拒绝了终端接入请求，则终端需要重新进行接入选择过程，这就增加了垂直切换过程延时。

呼叫接入控制可分为以下两种方案，一种是本地方案，在接入决策制定过程中仅对本地信息进行使用，另外一种是协作方案，在协作接入控制中不仅需要对本地信息进行使用，同时需要对其他小区信息进行考虑，有新建呼叫请求及收入的时候，本地小区会与其他参与控制的小区通信，构建小区集群，实现信息转换，从而实现对不同接入控制方案的确定。

异构无线融合网络中统一分析了各种呼叫溢出技术，建立了移动模型，改进了双向溢出呼叫接入控制方式，不仅考虑了呼叫移动速度，同时考虑了呼叫对小区的覆盖。从异构网络特点出发，根据异构小区构建方式及其信息转换方式和使用方式能够设计不同的接入准则，能够针对分布式和集中式两种接入方案来设计接入选择和控制方案，这就能够有效提升信道利用效率，对于阻塞和掉线现象的减少也有着重要意义。

2.2 路由选择与控制

异构无线融合网络根据网络环境变化实现自适应控制，网络域、协议层以及各个节点的协同能够实现跨网络域、跨节点、跨协议层的业务QoS路由选择。

如图1所示，为异构无线mesh路由协议模型，该路由协议模型包括邻居发现机制、路由度量、信息发布模型以及路由算法等四个子模块，刻画了无线电的异构性，通过分层协作实现了对网络拓扑信息的共享 ，由此可见，对节点周围网络环境变化考虑来实现分层控制是路由选择与控制技术的重中之重。

2.3 切换技术

切换技术是无线通信系统中的关键技术，在异构无线融合网络中，各个网络的移动称为垂直移动，垂直切换是实现无缝垂直移动的关键，指的是移动终端接入点改变过程中保持用户通信持续性的技术。

异构无线融合网络能够实现业务QoS切换，利用层间呼叫溢出技术，以保护信道、信道侵占以及队列缓冲为基础制定切换策略。在快速和慢速实时切换业务中，这种切换策略能够有效降低掉线率，而对于非实时业务来说，这种切换策略也能够有效保证切换性能。

切换技术对层间写作设计垂直切换算法充分利用，在有效降低组分丢失率的基础上，降低了切换次数，避免“乒乓效应”的出现，对于切换呼叫阻塞率的降低和切换性能的改善有着重要的作用。

2.4 流量均衡技术

当小区出现负载过重的情况时，流量均衡技术会发挥作用，能够将异构多模终端用户向流量较轻的重叠覆盖异构小区中进行转移，这就会空出一些无线资源，而其他的呼叫则可以使用这些资源，实现了资源的合理配置，降低了呼叫阻塞率，提升了异构无线融合网络系统的利用效率。

流量均衡技术以业务选择为基础，采用非周期性流量控制机制，提出了三种流量均衡算法，从而建立小区逗留时间模型。三种算法分别是以逗留时间为基础的流量均衡算法、以逗留时间为基础的动态流量均衡算法以及以逗留时间和业务为基础的动态流量均衡算法。为了进一步提升小区系统信道利用效率，采用混合动态流量均衡算法，此算法以流量转移技术和信道借用技术为基础，能够有效降低小区呼叫阻塞率和呼叫切换的掉线率。

2.5 速率与功率控制

在异构无线融合网络中，无线资源管理的重要目标就是降低整个系统的发射功率、提升网络传输速率。在异构网络传输中，传输技术与终端发射功率有着差异性，这种差异性是导致信道容量存在差异的重要原因，如果信道容量较低，则会降低整个协作传输的信道容量，信道容量降低之后，会对整个传输过程产生限制作用，终端节点发射功率的增加并不会对传输速率产生提升作用，传输速率不会增加，而终端节点发射功率增加会大大提升整个分布式系统传输的总功率，因此，对于异构无线融合网络来说，如何根据实际情况进行异构分布式传输功率、速率、资源的自适应调整和调度是至关重要的。

在异构分布式网络中，中继节点功率控制和传输速率控制存在着一定的问题，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，通过对功率的有效控制能够提升中继站传输的速率，这就有效节约了整个异构无线融合网络系统的能耗，从而提升无线中继网络的性能。

对于异构无线融合网络的融合和互联来说，主要通过融合机制来完成，通过无线中继技术和协同通信的融合来实现异构无线网络的融合。在融合的过程中，为了提升协同容量，采用协同功率分配优化模型，利用协同功率分配算法来对发射功率进行合理设置，这就能够保证第一跳和第二跳链路传输速率的匹配性，从而实现异构无线融合网络系统性能的优化。

为了提神异构无线融合网络容量，还可以使用各种写作速率分配与控制方案。对于多信道和多跳异构无线融合网络来说，其视频流资源的分配和管理可以通过建模为凸优化，以完全分布式接入为基础，对路由资源调度、速率分配等无线资源调度机制进行设计，实现每一流在最小化网络拥塞和最小化视频失真之间的平衡，从而有效避免视频资源失真。

2.6 干扰协调技术

对现存的网络拓扑结构进行一定的改进和改变，将大量低功率蜂窝基站布放到宏蜂窝网络层中，以无线电认知技术和频谱感知技术为基础，能够实现系统频谱资源的有效利用，这就提升了频谱资源的利用效率，但需要注意的是，此种提升频谱资源利用率的方案是建立在对网络拓扑结构改变基础上的，新节点的引入必然会对原有结构改变，这就会产生小区间的干扰，因此，在频谱资源管理方案中如何消除干扰或协调干扰至关重要。

针对异构无线融合网络中干扰协调的问题，主要的解决方法有频分复用法、子載波分配方法、波束成形法和功率控制方法等。

2.7 协同无线资源管理技术

协同无线资源管理技术以某种核心管理模块为基础，这种管理模块能够对异构无线融合网络中的无线资源实现协同管理，原本在各个系统中分散的独立无线资源能够在协同管理下实现共享，这就有效平衡了各个系统之间的载荷，从而实现无线资源的集群增益。

放大重传中继节点和解码重传中继节点能够构成中继系统，这种中继系统是异构形式的，大量的异构中继节点能够协同进行传输，而目的节点则能够实现大量异构中继节点信号的同时接收。在此方案中，采用联合编码和选择性传输技术，节点增加的过程中能够有效体现集群增益。

此外，还可以采用异构无线融合网络通信机制，在此通信机制中，第二跳链路是否采用时间分集方案过程中，中断概率、中继节点数量以及信道增益和标称功率之间存在着一定的关系。

除了能够产生集群增益之外，如果对多模终端传输效率及在不同无线接入系统中的表现进行考虑，就能够将多模终端中的应用适时与无线接入系统连接，这样就能够产生多接入的分级容量增益。将集群增益与分级容量增益进行比较，两种增益效应有着一定的区别。对于集群增益来说，无论在异构无线融合网络还是在独立无线接入系统，只要能够实现无线资源共享就能够产生集群增益，并且能够均衡业务荷载，而对于分级容量增益来说，其只适用于异构无线融合网络，且其增益效果与无线接入系统之间的差异性相关，差异性越大，则产生的分级容量增益效果越明显。

3 结论

综上所述，在异构无线融合网络的发展过程中，容量及能效问题、性能问题的解决是关键，这就需要对异构无线融合网络中的无线资源进行有效的管理和配置。通过上文中的分析可知，异构无线融合网络无线资源管理的关键技术主要有呼叫接入选择与控制技术、切换技术、功率与速率控制技术、干扰协调技术以及协同技术等，在所有的技术中，协同管理至关重要。

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