您好、欢迎来到现金彩票网!
当前位置:秒速飞艇登录 > 缩址呼叫 >

移动通信中若干随机现象建模及分析pdf

发布时间:2019-05-20 16:43 来源:未知 编辑:admin

  1.本站不保证该用户上传的文档完整性,不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。

  2003串上海大学博士学位论文 摘 要 移动逶痿是上令整纪七十年捉耒由炙尔实骏室戆辩学家翻赣裁出慕约一秘赣 型通信技术,自1983年正式投入商用至今,已被众多用户接受,成为广泛使用的 遵信方式。移懿遥售技术豹磅究爨楚予菠盛貔发鬏嚣期,著蒂凌罄诸多学科豹发 展。如今,许多国家的科研机构以及大型通信公司正致力于新~代——第四代移 韵逶籍豹建逡磷究敢产熬开发。 理论分析、实地取样和计算机模拟是对现代移动通信相关技术进行研究的主 嫠手段。接获论爨是在避行逶黎理论磷究嚣诞黧戆一门学辩,它的发溪接凌了遴 信技术的前进。间时,在不断发展的通信技术中产生的大量新现象、新问题又迫 经费}瓢论不断充实移更掰蠡己。 本文利用系统密度演化方法着重研究了移动通信中可以用排队论方法处理的 游于夔橇闯舔,主要包嵇;移动念静位鬣管理滴题,移动逶信审的信逶分配闯熬, 移动通信中的数据流分形特征以及由密度演化方法所建立的排队模型中微积分方 程静逶逡往淘嚣。 论文主要包括以下四部分内容和结果: 一、我们对移动逶馈孛移韵台酶佼溪管瑾溺邃避行了硪究。移动遴信要求移 动台始终与通信网络保持联系,从而随时进行通信服务。于是,掌握移动台的移 渤蕊律,我密移动台越嚣次数静分布藏成为裁定位置管遵策略的前提条件。锌辩 移动台的越区情况,我们建立和分析了若干随机模型。首先,我们对移动台呼入 为泊松邀程,移渤台位麓更新为延迟更新过程,懿及移动台呼入为一般糙新遘裰, 移动台僚簧更新为马氏到达过程两种情形,通过建立系统的密度演化方程,得到 移动台熬区次数静分布;然后,考虑位鬟区分艨,对漓松到达过程和譬氏到达过 程两种情形,通过建立系统的密度演化方程,得到移动台越区次数的分布和移湖 螽处于务个分屡的分布:最后,利用获褥的分布函数,分别对一般管理策略和指 针管理策略以及~般管理策略和环状管理策略避行了比较,锝出指针或环状簧略 优越的场合。 二、研究了移动通信中由实时业务和非实时业务楣结合的GPRS中的信道分 醚阎题。多种移渤通信溉务的豳现,使得扩充对这些业务起传输作用的信道的容 嶷以及合理分配这些信邋给各i巾业务成为重要忍题。在GPRS中,若考虑只有诺 移动通信中若干随机现象的建模及分析 音和数据两种业务的时候,该问题就被刻划为有两类顾客的多服务台排队模型。 为此,我们做了以下的工作:首先,我们建立和分析了数据和语音到达过程都是 泊松过程,以及数据到达过程为MAP,语音到达过程为泊松过程的两个模型:其 次,利用MAP中矩阵A的平稳分布性质,我们得到一个求解数据到达过程为MAP, 语音到达过程为泊松过程模型的数值计算方法;最后,利用得到的算法,对实际 移动通信中的一个MMPP问题进行了计算。 三、研究了移动通信中数据流的分形特征。随着移动通信技术的进一步发展, 各种业务包括语音、数据和图像将大量涌现在移动通信当中.并且这些业务的到 达过程往往不具有马氏性质,所以,找到能刻划这些业务性质的途径,建立合适 的排队模型意义重大。我们将系统密度演化方法与分形迭代函数理论结合起来, 对分形排队进行了研究。首先,我们通过实例介绍了分形的特征及分形迭代映射, 并给出分形迭代映射的仿射变换及其变换公式:其次,介绍了分形迭代映射的数 学性质,同时阐述移动通信中的数据具有分形特征,从而为用分形迭代映射建立 移动通信中数据的排队模型打下理论基础:最后,利用分形迭代映射,结合系统 密度演化方法,对移动通信中的数据分别建立和分析了离散有返回排队和连续排 队模型,分别得到了排队系统的队长分布。建立的排队模型在一定条件下,就是 普通的排队模型。 四、研究了随机排队模型系统密度演化方程的适定性问题。用系统密度演化 方法,可以建立和分析大量的随机模型,为了确保这些模型能够真实反映实际问 题,我们必须保证系统密度演化方法建立的微积分方程解的存在性和唯一性。为 此,我们利用算子半群理论,对随机排队模型的系统密度演化方程的适定性问题 进行了研究。首先,介绍与微积分方程适定性以及解的概率意义相关的算子半群 理论;其次,证明了M/M/oo排队模型的系统密度演化方程的适定性和渐近性: 然后.拓展前面的结果,给出了一类不能分解出有界线性算子的随机排队模型系 统密度演化方程适定性的证明;最后,研究了移动通信中位置模型的适定性。得 到了该模型系统密度演化方程解的存在唯一性。 关键词:移动计算,信道分配,随机模型,系统密度演化方法,Co半群,适定性 2003年上海大学博士学位论文 Abstract foundedBellLabs. MobilecommunicationiSanewcommunication technologyby in hasbeen usedin the ofitscommercialuse in1970’S.From 1983,it beginning widely fieldsandbecomesa tools.Witllthe many communication rapidlydeveloping popular the ofmobile fieldsmake of theory correlative remarkably communication,many areso nationalresearchinstitutionsand progress.Nowadays,theremany communication their intotheresearchonthemobile companies,which put energy communicationandthe ofits theoryanalysis developmentproduction. arethe Theory sizmlation toolsto analysis,fieldsurvey,and primary computer deal谢thresearchonmobile intothe of communication.Deepresearchingtheory mobilecommunicationaboutthe naissanceof theone brought queueingtheory.On of theevolution hand,the ofthemobile progress queueingtheory impulses communication theother vastnew andnew hand,the technology.On phenomena comeforthfromthe mobilecommunicationexcitethe problems developing technology and ofthe extendability updatequeueingtheory. In thesis,we Use evolutionmethodto several my mainlysystemdensity study stochastic in mobile Canbedealtwitll problems communication.which theory, queueing ofdata includingmobility allocation,fractal sffeam,and management,channelaspect thewell ofthe evolution ofthe models. posed-ness density equationsqueueing Tlle is asfollows: Paoerarranged the ofthe (1)Westudyproblemmobilitymanagement.Mobile mobileterminalcontactedwitll at momentin mobilenetwork 0rderto requires any establishconnectionassoonas也ere comes ruleof of calling.Holding也emobility terminaland mobile the a distribationofthecountofmobileterminal the crossing locationareasisthe for location scheme.Weset precondition management up designing and severalmodelsformobileterminal the analyze location crossing areas.Firstly, thecasesof both renewal and considering delayed Markovianarrival process process, and the obtainthedistributionofthecount byseRingup evolution,we resolvingdensity ofamobile thelocation thecasesofbothPoisson crossing areas.Secondly,considering arrival andMarkovianarrival in obtainthedistributionof process cellular,we process thecountofamobile the the locationareasand distributionofthe ofthe crossing layer mobileterminal the distribution formula,we being.Finally,usingacquired severally thecostofthebasiclocation schemewiththatofthe compare management pointer forward schemeandthebasic schemewim location thatofthe management ring scheme. the of ofbasestation (2)We channelsallocation ofGPRSinmobile studyproblem communicationwith twokinds real-timetrafficandnon-real.time oftramC,i…e traffic. III 移动通信中若干随机现象的建模及分析 andmore more thechannels becomes and of utilizing important Extendingoptimizing we GPRS.when as rushfrommobilecommunication.In variOUSbusiness aswhile only allocationtH/TIS channel and datatrafile.the considervoicecallstrafficpacket problem intomulti—classserver models.Thetaskinthis isdetailedasfollows: queueing chapter are set and twomodelsforchannel Poisson Firstly,weup analyze allocation,which arrival forvoicecallstrafficwhile arrival fortwoandPoisson process process Markovianarrival for datatraffic obtaina processpacket severally.Secondly,we numerical for themodelsestablished the algorithm above.Finally,byusing solving a MMPR real with algorithm,weanalyzeproblem thefractal in communication.W-也the (3)We oftramcmobile deep study aspect ofmobile voice communication,variOtIS calls,data development business,including tra拓carenotfitted from these mobile packet,andimage,rash communication,WMle Markovian is to trafficto verywell.Then,itvery process depict queue important models somenew this botll integrate byobtaining approach.Inchapter,we system evolutionmethodandfractal-iteratedfunction toresearchonfractal density theory introducethefractal andfractal·iterated queueingsystem.Firstly,we phenomenon elicit affme in fractal·iterated function,and transformationrandom function.Secondly, introducethemathematicoffTactal·iteratedfunctionandthefractalcharacter property of for fractal-iteratedfunction traffic,preparedfollowingstudying.Finally,combining as with twomodels return evolution set discrete theorysystem method,we density up andcontinuous modelsCanbereducedto queueingsystem system.These queueing ordinary queueingsystem. thewell the (4)We ofthe evolution of study posed·ness density equations evolution canset and queueingmodels.Byusingsystem method,weup analyze density most models.Inorderto the ofthese stochastic models,we guaranteeapplicability should that solutionofthe evolution exists. provedensity density equationuniquely utilize well ofsome Thus,we theor)to posed-ness CO·semi—group prove density evolution the relatedwiththewell theory equations.Firstly,introducee-semi·group ofcalculous and thatthe posed·ness equationsprobabilityproperty.Secondly,prove solutionof the evolution of time-dependentdensity density equation MM/oo existsand toits state solution— uniquely strongly steadydensity converges theforenamedconclusionto cannotbe Secondly,extend case,which general totwo boundedlinear thatthe solutionofthe decomposed operators,by density proving evolution of density thatclass thatthe equation exists.Finally,prove uniquely density solutionofthe evolution frommobile isobtained density equation,which management in mobile exists. communication,uniquely Words:mobile Key allocation,stochastic computation,channels models,system evolution density method,co-semi-group,well-posedness 2003年上海大学博士学位论文 第一章移动通信与排队论 1.1移动通信的发展 1.1.1远古时期人类进行通信的方式 《汉语大词典》中对通信的解释是:①互通音信。《晋书.王澄传》:“因下林 而谓澄日:‘何舆杜驶通信?”’唐李德裕《代刘沔与回鹘宰相》:“又恐回鹘与吐蓍 通信,已令兵属把断三河口道路。”在《大不列颠新百科全书》(中文版)中,通信 (Communication)被解释为:人们通过普通的符号系统交换彼此的意图。 人类社会在其不断发展的进程中,信息的交流是十分重要的。直到20世纪随 着科学、技术的发展出现了大众传播媒介,通信也就有了明确的定义和理论。科 学技术的进一步发展使得通信更为便利。电报、电话、无线电和传真等的发明和 使用以及报刊、广播、电影和电视的发展和推广,都使人获得有效而迅速的信息 交流。有多种多样通信的方式,面对面的语言交流是最重要的通信方式,它的功 能可分为叙述、议论、表达情绪和审美风格等4种。此外,笑和哭也是传播思想 的方式,甚至比语言更为有效。非语言的通信方式有信号、标志和符号三种形式。 信号可以看作恒定能量的断续传递,例如电报电路开闭所形成的点划信号,间断 的声响或烟火都可以起到同样的效果。标志可以由形式、背景、颜色或位置代表 它们的意义,例如交通标志、制服、徽章等都是能迅速传达简单信息的标志。这 种带色彩的传播形式,丰富了人类的语言。符号比信号和标志难懂,因为它构成 人们对世界的认识和理解。每个社会都发展丰富了符号系统,这种系统反映特定 文化的逻辑性。符号本身不是语言,却比通常的语言更微妙,更精巧。但是这些 非语言使传播方式很容易语言化。 在通信手段极其贫乏的古代,人们只能靠视觉和听觉进行较远距离的通信, 传达紧急信息。《史记.周本纪》中记录了中国古代著名的“骊山烽火戏诸侯”的 故事,叙述了西周末年,周幽王为讨好妃子而点燃烽火,使得众诸侯以为有敌人 入侵的故事。其中“烽火”就是起到了信息传递的作用:当边境出现敌方入侵时, 第一章移动通信与排队论 一定范围内的烽火台会一个接一个地点燃起烽火,从而把紧急信息迅速传递到京 都。这种通信方式在中国沿用了很久。北宋陆游的《秋晚登城北门》:“一点烽火 传关信,两行雁带杜陵秋。”可见这一时期仍用烽火来报警。这种通信方式很接近 今天的数字信号原理。即如果把“烽火”当作二进制信号,则有烽火表示“有” 敌情;无烽火表示“无”敌情。另一种视距通信工具是“信号台”,它利用类似 时钟指针的臂旋转不同的角度,表示不同的拼音字母,组合成一段文字或缩略语, 像水兵的旗语一样,向远端传递文字信息。 当人类有了文字之后,就逐渐有了书信。书信成为在电报电话出现之前人们 进行通信的主要途径。前面陆游诗句中的“两行雁带肚陵秋”就引用了鸿雁传递 书信的典故。几乎所有的文明都有书信作为主要通信途径的时期。 1.1.2电报、电话的出现是现代通信的标志 到近代出现了电报、电线年,法国查佩兄弟俩在巴黎和里尔之间架 设了一条230千米长的接力方式传送信息的托架式线路。据说两兄弟之一是第一 个使用“电报”这个词的人。1875年6月2日,在美国波士顿,亚力山大.格雷厄 姆.贝尔(Bell,AlekanderGraham)发明了电话。电报最早出现在中国是1879年, 这一年,李鸿章委托大北公司在天津与大沽北塘炮台之间架设了电报线年,当时上海英商瑞记洋行在上海租界内开办华洋德律风公司,开始架设 市内电话线路。 电报、电话出现后。通信消息的形式也就从文字扩展到了语言,而电话更是 在发信者与收信者之间建立了一条双向的信息通道,从而实现了信息的及时交流。 而且在传递速度上也出现了飞跃。同时,大量的技术工程师、物理学家和数学家 们对电报、电话的研究也日益深刻,以至出现了许多新的研究领域,例如:排队 论、信息论等等。电报、电话的出现标志了现代通信的开始。 随着社会历史的进一步发展,为日常社会服务的通信形式也不断完善,如广 播、传真和电视等都是现代通信。广播的出现,使得消息的内容从单一的语言扩 展到更丰富的音乐,传真电报实现了画面的远距离迅速传播,电视则使传递的消 息从静止画面发展到活动画面。总之,现代通信的形式多种多样。举不胜举。 现代生活需要迅速的通信系统。家庭日常用品的供应,工作上的联系,都需 要凭借电话、电报。电影、电视、收音机、录音机、书籍、杂志等传播工具每时 每地都在丰富人们的生活;另一方面,现代通信和传统设备的普遍使用缩小了世 2003年上海大学博士学位论文 界的距离,促进了人们的互相了解,促使人与人之间,国家与国家之间增进了思 想和文化的交流。因此,在当代世界中越来越体现出其重要性。 1.1.3移动通信发展简史 电线世纪人类的进步做出了杰出的贡献。当电话成为像桌子 一样的工作、生活必需品之时,我们突然发现,一种新的通信手段已经悄然出现, 那就是移动电线年代出现在香港电影中的稀有而贵重的“砖头”到最近走 红影片《无间道》中小巧而又处处可见的手机,移动通信在短短的二十年里无论 是在技术上还是在市场中都走出了一条飞速发展的道路。如今,全球有超过10亿 的移动电话用户,并且这一数字在今后的几年内,仍将按两位数的增长率继续攀 升。中国的移动电线亿,已经超过美国,成为拥有手机用户最多的国 家。 移动通信是指通信的一方或双方处在移动状态的通信。如移动台(车辆、船 舶或行人)与固定点之间,或移动台之间的通信等。目前人们最熟悉、最常见的 移动通信是以传输话音信号为主的移动电话。新一代移动通信将由话音业务为主 转向主要数据业务,包括移动的互联网及多媒体服务。显然,这是一种人们在生 活和工作中非常实用的通信方式。 无线世纪赫兹的电磁波辐射试验,随后马可尼的跨大西洋无线 电通信证实了电波携带信息的能力,其理论依据是后来由麦克斯韦建立的方程。 现代意义上的移动通信试验始于20世纪20年代初期美国底特律,无线接收 机被安装在移动警车中,接收控制台发来的单向消息。20世纪30年代初,移动发 射机开始出现,第一部双向移动通信系统投入使用。到30年代后期,调频移动通 信系统开始使用。 以及与长、市话通信网接口等部分组成。基站和移动台由收、发信机和天线等设 备组成。每个基站独有一个可靠通信范围,称为无线小区。基站根据业务需要可 以设立多个,而移动业务交换中心仅设一个。移动终端发出无线信号给基站,基 站将信号传给移动交换中心,移动交换中心进行信息交换处理和移动通信系统的 集中控制和管理,并与公用电话网连接。 长期以来,由于电磁波频率资源有限,其容量难以满足用户的需求,其发展 一直受到制约。70年代末,蜂窝式组网技术的突破,实现了小区制和同频复用, 第一露移动通信与排队论 使得在频率资源有限静前提下,瓣使精户数匿呈现离逮增长,移动运俗仍能摇鱼 得水,十分活跃。国际上通常将70年代末出现的模拟蜂窝移动电话、无线寻呼、 模拟无绳电话和模拟集群等作为鹪~代移动通信系统:而将80年代末开发的数字 蜂窝、高速无线寻呼、数字无绳电话和数字集群作为篇二代移动通信系统;国际 电售联显(拜U)镧定戆系列标准IMT--2000定荛第三霞移动逶绩系统。激遮,出 现了很多第鞠代移动通信盼提法。 1.1.4移动通信发展趋势 尽管筵三饯移交遗售翻H硼仍然簸‘予磅究蹬段,势泰完全投入褰矮,然掰对移动 逶信静发袋帮没有停止下来。耱瓣技术不断热入到对蒺的研究孛,新的移动通信 业务和范围也在不断扩张。伴随着众多国际知名公间纷纷投入巨资到新~代移动 通信的研究中去,在我们的眼前,仿佛已经出现了籍四代的移动通信世界。2000 年11月12暖楚15臼,来自国际电联、欧盟电信政策蚕员会、英国电储部以及日 本NTTDoCoMo公司等豹专家嚣集鲶敦,裁筻嚣代够凌遴售瓣毒关润舔滋孬了广 泛静讨论积研究。中国第西代移渤通信技术(4G)酶磷发已经在上海窟动。2002年 12月11日,阿尔卡特公司亚太蠹呶区首个“研究与创新中心”在沪启动,4G技术 为该中心第一阶段重点攻关的项目。 综合各大邋信公司对新一代移动通信技术的研究目标,可以刻划出下~代移 动逶痞魏发强趋势: 室外数据传输速率也将达到2Mbits/s。这样的速度足以满足无线GHz频段无线LAN和无线宽带接入系统的传输速率的薯标是20‘30Mb/s。 容量受大夔誊移动逶售竣餐豹徐疆不薮下降,鬻辩港翔短蔫、彩蘩豢爱跫手 机电影的出域与普及,这些移动多媒体业务对频率液源的需求也急速上升。当初 3G定下的容擞指标已难以满足几譬后的容量需求。为熙有效利用有限的频谱资源, 4G技术要求突破蜂窝组网的概念,并引入具有自适威波束的空分多址(SDMA) 技术以及正交频分复用(OFDM)技术。此外,4G技术还将开发颓的频谱资源。 4G霹每摹绶鹣嚣域容量嚣拣蓬至少蹩3G夔10整,怒黻满是可敬颈觅懿释爨鬟采。 用途更广如今人们对移动i蠢信的理解主要是蔡中在手机的通话业务上,这种 单一的用途码上就会被丰富的多用途替代。个人通储、信息系统、休闲缀乐以及 4 2003年上海大学博士学位论文 办公系统等各项服务的综合将会让我们充分享受现代科技给我们带来的安全、方 便以及人性化的优质服务。 质量更优第四代移动通信技术采用Ipv6提供的富余的IP地址以及QoS资 源控制,可以做到无所不在的移动接入,保证多用户多用途的同时实现。由于单 一的一种无线技术不可能对所有的业务都适用,在4G系统中,将采用完全自治的、 自适应的网络,从而使得各种业务可以同时共存,协调利用。 为实现上述目标,新一代的移动通信将在调制技术与信号传输、智能天线、 交互干扰抑制和多用户识别、自愈网络、微微无线电接收器、OFDM、无线网接入 网进行大量的研究工作。 第一章移动通信与排队论 1.2排队论的发展与方法 1。2.1经典排队论方法 现代通信从其诞生的那天开始,就没有离开理论上的分析研究。联论分析、 实地取样和计算机模拟成为对现代通信相关技术进行研究的主要手段。 排队论怒研究排队现象中随机规律的一门学科。它是随机数学运筹学的一个 分支,同辩魄蹩工程技零、工齑繁毽和售惠科学等学秘豹重要理论基磷。 源于20墩绝20年代A.K。Erlang等久【17l对毫话簸务理论研究酶捺驮瑾论, 在第二次世界犬战以前,其研究多侧重于电话以及遮距离通信方面,滋时发展较 为缓慢;在二战之后,由于排队论渗透到军事、经济生产与服务和管理镣多方面, 于是在理论和应用上得到了较大发展。特别是70年代以来,由于电子计算机技术 豹不薮更颓舞发展、霆特网懿建立毒完善疆及攘怠瓣攀与生鑫秘学等攀秘豹发震 均涉及戴最往设计和最佳服务阏牒,鼠焉使捧驮论焱壤论和应焉上获褥璇帮量鲍 飞速发展。 随机过程的应用不仅标志了排队论发展的开始,同时随机过程本翳的发展也 为排队论的进一步发展提供着新鹩方法与动力。许多学者致力于对排队论的研究, 中努关于蓑}玟论戆萋终氇攫多,麴:【臻【2】、【3】、【51、网、瑟3】、【30]、【49]、【52]、 一般独立输入,指数服务,一个服务台,无等候容嫩限制的排队系统。并且将再 生点技术引入了排队论,这一技术至今仍具有生命力。Cohen将再生过穰应用到排 队论中,获褥了~些结果。在这魑经典的排队模型中,马氏性,即:“融熟现在, 将来与过去元关”发挥着重要夔露耀。经典熬方法黉袋掰骚究魏摸型妊簇其冬该 性质。鲁然,浚方法研究的范围受捌了限制,取两纛援影响到其应慝价德。 随着计算机科学、信息科学簿学科的发展与广泛应用,在诸如通讯网络、异 步转换模式(ATM)、柔性制造系统(FMS)、风险过程和供应链等许多方面,涌 现了大量复杂系统的设计与控制阉题。在这些问题中,有许多不具有舄簏性。此 时,经典豹瓣决骂氏簿获模型豹方法逶娶了漳磋。这键傻天霞不舔去雯赣秘发撼 研究排酞现象的新方法和新思路。 6 2003年上海大学博士学位论文 1.2.2发展中的排队论方法 面对移动通信中涌现的大量非马氏排队模型,工程师和数学家们提出多种试 图解决的途径,如Erlang的阶段化方法,马氏更新过程方法,向量马氏过程方法, 骨架马氏链(过程)方法【lJ,矩阵解析方法【63】等。为了刻划移动通信中大量长程相 关的数据流,有文献把分形映射和排队论结合起来,研究了具有分形特征的排队 系统。采用这种方法进行数值模拟得到的数据,似乎很能反映客观的数据流。 马氏更新过程(MRP)方法是通过在非马氏的随机模型中嵌入马氏链,然后 利用马氏链丰富的数学性质来对原模型进行分析的一种方法。在使用更新过程方 法时,面对非马氏模型,要寻找或是构造过程的多个再生点。这种方法被广泛地 程进行了系统的研究;Osaki把马氏更新过程应用到可修排队系统。一本比较全面 的介绍马氏更新过程(MRP)方法的著作是【7】。 向量马氏过程(VMP)方法是解决非马氏模型的另一种方法。实际中存在许 多难以构造出多个再生点的模型,如:GI/G/1排队模型。此时,马氏更新过程 (MRP)方法便不能奏效。向量马氏过程方法通过增加剩余(寿命)时间为补充 变量,把非马氏过程通过扩维后成为向量马氏过程。然后利用Kolmogorov开创的 解析方法,将随机模型转化为确定的密度演化方程来进行研究。向量马氏过程方 法已成功地研究了许多排队模型的队长、闲期和忙期等排队指标。Cox引入连续补 充变量研究M/G/1排队:Gaver引入连续补充变量去研究可修排队系统。我们可 以在史定华先生的专著[3】中见到有关向量马氏过程方法的详细论述,该文献对此 方法进行了补充和发展,并称这种方法为:密度演化方法。 Nutes和V Ramaswami等人16副创建的矩阵解析方法,则把简单的指数分布扩 展到PH分布,从而形成一套十分奏效的解决复杂排队模型的方法。并且这种方法 能通过计算机实现,通过数值计算可以得到排队系统的各种数量指标。被广泛用 流问题。可以说,矩阵解析方法能对相当大范围的一类排队问题进行有效地求解, 但由于采用计算机的矩阵迭代算法,其工作量也是巨大的。 第一章移动通信与排队论 分形排队是把分形迭代映射与排队机制结合起来进行研究的一种研究排队模 型的方法。在分形排队中,输入过程由一个分形迭代映射控制着,从而可以研究 非马氏的、重尾分布的随机排队系统。分形排队描述的模型能很好地吻合一些通 工程实际过程中的数据包研究。P.Pruthi[71】(72l用由一个分形迭代映射控制着的离 散排队模型,研究了通信中数据流的特性。 2003年上海大学博士学位论文 1.3移动通信中的若干排队问题 1.3.1移动台位置管理问题 随着移动通信中的新业务范围不断扩大,用广不断增加,大量随机现象急待 建模,从而进行必要的理论分析,以期获得良好的经济收益和社会效益。移动台 位置管理问题应运而生,成为移动通信众多问题中的一个重要方面。如何进行有 效的位置管理,使得在资源有限的前提下,运营商可以获得最大利润,并保证用 户能得到满意的服务,是一项综合的复杂的系统工程。 位置管理的目的是为了当有对移动台的呼叫时,网络能及时地找到移动台所 在的位置,以便建立通话。它包括位置登记(Locmion delivery)两个阶段。在位置登记中,移动台周期性地把自己所处的位置报告给网 络。网络根据移动台是否进入新的位置区而决定是否更新该移动台的位置资料。 呼叫传输则是由网络发出的,寻找移动台确切位置的行为。 为了有效地进行位置管理,移动台的位置等有关信息被同时存放在HLR (HomeLocation Location Register)和VLR(Visitor Register)中。移动台在移 动时,一旦被检测出越区,征HLR和VLR中的对应数据也被更新。 已经有很多文献针对移动台移动管理问题进行了研究。 在位置管理和呼叫传输模式方面的研究主要有两大类。一类是基于中心数据 库的研究,另一类则是基于分布式数据库的研究。①动态分级数据库结构【56】。在 IS一41的基础上增加了新的指向注册(DR)数据库层。每个MT有一指针设置。 记录正在服务MSC的直接遥指针和远处DR记录正在服务DR的间接遥指针。这 种方法由于可以在MSC建立有关MT信息而不必每次有呼入时都查询HLR,从而 减少费用。另外,由于一个DR管理了多个MSC,也可以减少位雹注册费用。② 用户位置缓存【7”。当MT经过STP时,其信息被位置缓存记录下来。若有呼入, 先检查缓存中有无该MT的信息,当有信息时,直接建立连接。若MT已经离开 或者缓存中没有该对应信息,则按IS-41进行。③用户资料复制[691。在当地建立 用户数据库。当MT从一个位置区域进入另一位置区域时,新位置区域复制MT 的信息。原先位置区域中的信息被删除。④向前指针1771。当MT从一位置区域进 第一章移动通信与排队论 入另一位置区域时,其VLR信息不是直接在HLR中更新,而是建立一个从老VLR 指向新VLR的指针。为了减少延迟,一般要限定指针的长度。当指针长度达到给 被查询,同时更新HLR中的VLR。⑤局域锚【53】。不把MT移动造成的VLR改变 比HLR近许多。这种方法降低了注册费用。⑥完全分布注册方案【54】。把中心数据 库分散成大量的局部数据库,各个数据库作为叶子由一定的关系连接构成一棵树。 MT从一位置区域进入另一位置区域时,其信息在老数据库中删除,在新数据库中 注册。树中与之对应关联的上层节点中的信息相应删除或增加。遇有呼入,系统 从树的叶子层依次向根层搜索,直到找到MT的信息。⑦数据库分割12”。分布式 数据库思想,把若干个地域接近的数据库组建为一个分割。当MT在一个分割内 移动时,不进行位置注册。只有当MT进入其他分割时,注册才进行。同⑥一样, 需要数据结构维持该系统。 在位置更新与终端定位方面的研究有:①动态LA管NC391。根据MT移动呼 入比确定LA的大小。②三种动态更新策略【l】。1)基于时间法[441。每隔时间T更 新一次LA位置;2)基于运动法。每穿越LA边界N次更新一次LA位羞。3)基 于距离法[8”。MT运行一定距离后更新一次LA位置。③终端呼叫。显然定位费用 和延迟时间是互相牵制的。有关的文献可参见[25】、[45】、【55】以及[89]。 1.3.2实时与非实时业务量问题 实时业务指的是语音业务,非实时业务指的是短信、无线上网传输的数据等, 实时与非实时业务量问题是移动通信理论中排队论发挥得最淋漓尽致的方面之 一。传统的电信服务是针对语音业务进行的,语音是主要传输对象。移动通信的 产生,不仅使得传输方式发生了革新,同时,由于Internet的广泛普及,其传输的 数据出现方式也发生了根本的变化。如今,在移动通信中传输的是语音以及由图 像等多媒体数据流构成的统一体。随着移动通信的不断发展,新的业务推陈出新, 涌现了大量的新的更加复杂的随机现象。 最近移动通信推出的GPRS业务使得我们可以使用手机进行无线上网。此时, 通过基站与手机进行通信的就不仅有通常意义的语音,还有我们随时可能要使用 2003年上海大学博士学位论文 的电子邮件数据、天气预报数据、股市行情数据或者是我们想浏览的网页上的数 据。这些数据具有突发性与非实时性。最新风靡一时的彩信数据实质上还是无线 上网的数据业务。 经典排队论对语音的研究已经获得了成熟的结果。在对语音业务建立的模型 中,到达时间间隔和服务时间间隔中至少有一个假设为指数分布。指数分布是连 续随机变量中唯一具有“无记忆性”的分布函数。由“无记忆性”引起的马氏性 具有很好的数学性质,从而这样的模型假设使得此类模型在建立和求解时十分方 便。而移动通信中出现的许多随机现象被实证为不具有马氏性,因此,需要丰富 和发展经典的排队论方法,研究和开创排队论的新理论与新方法,从而研究移动 通信中的各种业务数据的特征,以达到分析传输性能优化资源的目的。 MMPP(2)对综合实时业务量语音和非实时业务量数据建立了模型:D.M. SBBP/G/1排队模型研究了有数据、图象和语音三种不同类型传输对象的综合业 形迭代映射控制着的离散排队模型,研究了通信中数据流的特性。 1.3.3数据的分形特征问题 许多实验和实际数据表明;在现代通信(包括移动通信)中,被传送的数据 流具有分形的特征。例如: 到达时间分布具有重尾性在众多的关于通信的模型当中,数据流到达时间间 隔分布一般都被假定为指数衰减,即P(Tt)~e-,tt0∞)。然而在许多实际的通 信模式中,数据流的到达时间间隔分布却呈现出更慢的衰减性质,如 P(Tr)~r~,(f寸o。),这是一个多项式关系。 首先注意到在以太网中传输的数据在lOms中表现出的特征与在一小时中表现出的 特征有十分相似之处。 长程相关对常规通信数据流过程而言,其自相关函数依指数衰减,只有在很 短的时间尺度中才表现出相依的关系。Leland等人‘951对以太网中传输的数据进行 第一章移动通信与排队论 分析的时候却发现,这种相关性在很长的时间里一直存在。 分数维常规的数据流过程在通常使用的测度意义下,其分数维为一。然而, 由于实际数据的慢收敛性质,使得采用具有分数维过程去建立对应模型成为可能。 对应模型。 1.3.4模型解的适定性问题 若我们采用系统密度演化方法来研究随机模型,将会得到一微积分方程组也 即,系统密度演化方程组。该方程组刻划了被描述的随机现象。在方程建立时, 我们一般先假定: (1)密度演化方程存在唯一的密度解pat): (2)解以(,)收敛到P。。 此时,微积分方程在很多场合中可以利用解析函数的性质得出方程本身的解, 或者是和排队系统有联系的一些指标。然而,我们会问:得到的方程的解是我们 需要的吗?换句话说,也就是我们用系统密度演化方法建立的方程是否只有唯一 解?如果是只有唯一解,那么我们模型就应该刻划了被描述的随机现象,得到的 结果就可以用于对随机现象的分析:反之则不能描述随机现象。事实上,我们将 不可回避方程的适定性问题,即密度演化方程解的存在性和唯一性。自然,解的 渐近性质是我们感兴趣的另一问题。较为成熟的算子半群理论为我们研究密度演 化方程解适定性与渐近性提供了有效的工具与方法。 已有作者利用算子半群理论,获得了马氏过程的转移概率函数P。(r)满足的马 氏方程组解的存在性和唯一性。然后由Pi,(,)的存在性和唯一性,利用公式 的定理11,对生灭过程的密度演化方程解的存在性和唯一性就给出了一个具体条 件。 直接利用算子半群理论研究密度演化方程解的存在性和唯一性,似乎开始于 朱广田先生指导的博士研究生的一系列工作[37]。他们主要集中研究分解后的算子 一个是有界线性算子的模型,使用的方法是通过复杂计算先证明分解后的另一算 子生成某个co半群,再利用扰动定理得到原算子生成的正压缩co半群丁(f)。 2003年上海大学博士学位论文 1.4论文工作与安排 本文着重研究了现代移动通信中若干可以用排队论方法处理的随机问题,包 括:移动台的位置管理问题、移动通信中的信道分配问题,移动通信中的数据分 形特征问题以及由密度演化方法建立的排队模型的微分方程的适定性问题。 全文的安排如下: 本章,简要回顾移动通信发展的历史和介绍新一代移动通信发展的方向,简 要介绍产生于研究通信理论时而建立的排队论有关背景,并提出几个要解决的问 题。 第二章,对移动台的位置管理问题进行研究。首先,我们分移动台呼入为泊 松过程、越区为延迟更新过程和移动台呼入为一般更新过程、移动台位置更新为 马氏到达过程两种情形,通过建立系统的密度演化方程,得到移动台越区次数的 分布:然后,考虑位置区分层,对泊松到达过程和马氏到达过程两种情形,通过 建立系统的密度演化方程,得到移动台越区次数的分布和移动台处于各个分层的 分布;最后,利用获得的分布函数,分别对一般管理策略和指针管理策略以及环 状管理策略进行了比较,得出指针管理策略或者环状管理策略优越的场合。 第三章,主要研究移动通信中的实时业务和非实时业务结合的模型。具体讨 论了数据和语音到达过程都是泊松过程,以及数据到达过程为MAP,语音到达过 程为泊松过程两个模型。利用MAP中矩阵A的平稳分布,还给出了一个求解到达 过程为MAP,语音到达过程为泊松过程的模型的数值计算方法。 第四章,研究了移动通信中数据流的分形特征。首先,我们通过实例介绍了 分形的特征及分形迭代映射,并给出分形迭代映射的仿射变换及其变换公式:其 次,介绍了分形迭代映射的数学性质,同时阐述移动通信中数据具有分形特征, 从而为用分形迭代映射建立移动通信中数据的排队模型打下理论基础;最后,利 用分形迭代映射对移动通信中的数据分别建立和分析了离散有返回排队和连续排 队模型,得到了排队系统的队长分布。 第五章,研究随机排队模型的系统密度演化方程的适定性。首先,介绍算子 半群理论:其次,讨论M/M/oo排队模型的的系统密度演化方程适定性和渐近性; 然后,推广前面结论,研究了一类不能分解出有界线性算子的随机排队模型的系 统密度演化方程的适定性问题;最后,针对第二章提出的模型,证明了系统密度 演化方程解的存在唯一性。 本博士论文的研究部分地得到了国家自然科学基金《密度演化理论与方法》 项目的经费资助,在此表示感谢。 第二章移动通信中的位置管理模型 第二章移动通信中的位置管理模型 2.1移动通信中的位置管理问题 2.1.1移动通信的移动性带来了位置管理问题 在使用任何一种现代通信网络服务时,首先要建立两个用户——始呼用户和 被呼用户之间的连接。通信网络必须通过执行一系列的操作来完成这一任务。这 些操作主要包括:识别被呼用户、定位被呼用户位置、建立通信网络中始呼用户 和被呼用户之间的路由连接以及维持所建立的连接直至两用户通话结束。一旦用 户间通话结束,通信网络还应该拆除所建立的连接。 在移动通信出现之前,固定电话网中的用户所在位置是固定的,所以在固定 网中建立和管理两用户间的呼叫连接是相对容易的。而移动通信网中,由于它所 面对的用户是移动的,所以要建立一个呼叫连接是较为复杂的。通常在移动通信 网中,为了建立一个呼叫连接需要解决三个问题: (1)移动用户所在的位置; (2)移动用户的识别: (3)移动用户所需提供的业务。 我们将要论述的移动通信中位置管理问题的目的就是为了解决上述的第一个 问题。位置管理的目的是为了当有对移动台的呼叫时,网络能及时地找到该移动 台所在的位置,以便建立通话。它包括位置登记(Location registration)和呼叫传 输(call delivery)两个阶段。在现行的位置登记策略中,移动台周期性地把自己 所处的位置报告给网络。网络根据移动台是否进入新的位置区而决定是否更新该 移动台的位置资料。呼叫传输则是由网络发出的,寻找移动台确切位置的行为。 当一个移动用户在随机接入信道上发起呼叫另一个移动用户或者固定用户的 时候,以及当某个固定用户呼叫移动用户的时侯,移动通信网络便要开始执行一 系列的操作。这些操作涉及到通信网络中的各个功能单元,包括了基站、移动台、 移动交换中心、各种数据库以及通信网络中的各个接口。这些操作将建立或释放 控制信道和业务信道,进行设备和用户的识别、完成无线链路、地面链路的交换 和连接,最终在主叫用户和被叫用户之间建立点到点的通信链路,从而提供通信 服务。这个过程被称做呼叫接续过程。 由于移动用户所处的地理位置与固定电话用户不一样,不是固定不变的,所 14 2003年上海大学博士学位论文 以在建立呼叫接续过程的时候,首先必须知道移动用户的地理位置。在移动通信 网中,必须有关于位置更新的操作,它们能保证通信网络能及时地了解网络中每 个移动用户确切的地理位置。在现有的移动通信网络中,这些功能便是由蜂窝系 统的移动性管理过程来完成的。 移动系统中位置更新的目的是使移动台始终与通信网络保持联系,从而使得: 一方面,移动台在网络覆盖范围内的任何一个地方都能及时地接入到网络内;另 一方面,网络能随时知道MS所在的位置,以便网络可随时寻呼到移动台。在GSM 系统中是用各类数据库来维系移动台与网络的联系。 均使用两层数据库用于位置管理:归属位置寄存器HLR和访问位置寄存器VLR, 其基本结构如图2.1.1所示。图中,BS表示基站,基站的无线电覆盖范围称为小 区(call)用六边形表示:MH表示移动台,基站与移动台之间通过无线接口进行 通信;MSC为移动交换中心,一个MSC所管辖的所有小区组成一个位置区LA, 如LAl、LA2和LA3,在每个MSC处配置了一个VLR。 匦2.11GSM中位置区的结构水恿目 我国现有的移动通信网采用的是GSM系统,其位置更新过程包括三个方面的 内容:第一,移动台开机时的位置登记;第二,在一定的时间内,通信网络与移 动台没有发生联系时,移动台主动地、定期地(以网络在广播信道发给移动台的 特定时间为周期)与通信网络取得联系,核对有关数据;第三,当移动台从一个 位置区进入一个新的位置区的时候,通信网络对该移动台所进行的通常意义下的 位置更新。 每个移动台内有一张SIM(SubscriberModule)卡。移动用户移动设 Identity 备只有插入SIM卡后,才能进网使用。该卡为一独立于用户移动设备的用户识别 和数据存储设备卡,内含用户的有关数据信息,如:用于用户身份认证所需的信 息,与安全保密有关的信息,与网络和用户有关的管理数据等。对移动通信网络 而言,从网络运营商的角度看,每张SIM卡代表的就是一个用户,每次通话时, 第二章移动通信中的位置管理模型 通信网络对用户的鉴权实际上就是对SIM卡的鉴权。 当网络端允许一个新的用户接入网络时,网络要对新的移动用户的国际移动 用户识别码(IMSI)的数据做“附着”标记,表明该用户已经被激活,可以入网 进行通信了。当移动用户关机之前,移动用户会向移动通信网络发送最后一次消 息,其中包括分离处理请求,“移动通信中心/访问位置寄存器”收到“分离”消 息后,就在该用户对应的IMSI上作“分离”标记,替换原先的“附着”标记。 周期位置更新发生在当网络在规定的时间内没有收到来自移动台的任何信 息。这种登记可能出现在很多场合,如由于无线链路质量很差,移动通信网络无 法接收移动台的消息,而此时移动台本身则仍处于开机状态并接收网络发来的消 息,在这种情况下移动通信网络便无法知道该移动台所处的状态。为了解决这一 问题,系统采取了强制登记措施。如系统规定移动台在一规定的时间内,例如一 个小时,登记一次。这种位置登记过程就叫做周期位置更新。 当移动用户从一个位置区漫游到另一个位置区的时候,会引起通信网络各个 功能单元的一系列操作。这些操作包括各种位置寄存器中移动台位置信息的登记、 修改或删除。这就是由于移动台移动引起的位置更新。这种位置更新是三种更新 中最频繁发生的。然而,会有很多移动台在移动过程中并不是经常接受移动通信 的服务,此时,由于频繁的位置区域变化所引起的位置更新就明显地浪费了许多 宝贵的资源。这些资源不仅包括通信网络为此花费的CPU和内存资源,更包括十 分宝贵的频谱资源。因为每次位置更新时,移动台便要向附近的基站发出消息, 这些消息是通过有限的频谱资源来完成的。在一个流动性很大的区域里,可能会 有大部分的频谱用在了那些移动台的位置更新上。由此看来,改进现行的移动台 每次越过小区便进行的位置更新策略是十分必要的。新的策略应该确保移动台服 务质量不受影响的前提下,尽量减少位置更新的次数,从而使得有限的频谱资源 能够提供更多的通信业务。另外,若移动台正在通话,还将引起越区转接过程。 当移动用户处于通话状态时,如果出现用户从一个小区移动到另一个小区的 情况,为了保证通话的连续,系统需要将对该MS的连接控制也从一个小区转移 到另一个小区。这种将正在处于通话状态的MS转移到新的业务信道上(新的小 区)的过程称为”切换’(Handover)。因此,从本质上说,切换的目的是实现蜂窝 移动通信的”无缝隙”覆盖,即当移动台从一个小区进入另一个小区时,保证通信 的连续性。切换的操作不仅包括识别新的小区,而且需要分配给移动台在新小区 的话音信道和控制信道。通常,有以下两个原因引起一个切换: (1)信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下,此时移动台被切换 到信号强度较强的相邻小区: (2)由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用,这时移动台被切换到 业务信道容量较空闲的相邻小区。 6 2003年上海大学博士学位论文 由第一种原因引起的切换一般由移动台发起,由第二种原因引起的切换一般 由上级实体发起。 在GSM数字移动系统中,对切换的控制是分散控制的。移动台与基站均参与 台处进行,并以每秒两次的速率,将测量结果报告给基站。同时,基站对移动台 所占用的业务信道TCH也要进行测量,并报告给基站控制器BSC,最后由基站控 制器决定是否需要切换。由于GSM系统采用的是时分多址接入(TDMA)的方式, 它的切换主要是在不同时隙之间进行的,这样在切换的瞬间,切换过程会使通信 发生瞬间的中断,即首先断掉移动台与旧的链路的连接,然后再接入新的链路。 人们称这种切换为”硬切换”。与此相应的,若移动台和相邻的两个基站同时保持 联系,当基站确定移动台彻底进入某一个区域后,才断开另一个基站的联系,期 间没有中断通话,称之为”软切换”。 关于位置更新与寻呼的模型与算法的研究很多,在第一章中我们做了简明的 介绍,这里不再重述。 2.1.2位置更新注册与寻呼步骤 为了有效地进行位置管理,移动台的位置等有关信息被同时存放在HLR (HomeLoemion Locmion Regiger)和VLR(VisitorRegister)中。移动台在移 动时,~旦被检测出越区,在HLR和VLR中的对应数据也被更新。如图2.1.2所 示,以下是移动台位置区域变化时的注册过程: (1)MT(Mobile TerminM)进入新LA(LocationArea),传送更新请求至 新的BS(Basestation); Switch (2)BS把更新消息传送到MSC(MobileCenter),MSC再对相应 VLR进行注册查询: (3)在VLR内进行移动台新位置的更新。如果新的位置区是属于另一VLR, title 则新的VLR从移动台的MIN通过GTT(Global 然后向该HLR发出注册请求。否则位置注册完成; 之指向新的VLR。然后向新VLR发出注册确认消息; (5)HLR向旧的VLR发出删除注册的消息; (6)旧VLR删除对应MT的信息后返回删除确认消息至HLR。 g_-章移动通信中的位置管理模型 图2.1.2GSM中位置区更新过程 下面是移动台在有呼入时,网络还要对其进行的位置查找过程——

  ·二烯丙基二硫对高表达cofilin1白血病HL-60细胞分化影响.pdf

  ·石家庄市大气颗粒物(PM10%2fPM2.5)对肺炎住院影响病例交叉的研究.pdf

  ·Filamin+A对EGFR突变非小细胞肺癌TKIs敏感性影响.pdf

  ·基于J2EE规范通用型整合框架的研究及的应用——以亚信科技(中国)大型商业项目中国移动BOSS系统开发为例.pdf

  ·人脑脊液对人类脂肪间充质干细胞及胎儿神经前体细胞增殖、凋亡及迁移特性影响.pdf

  ·交通基础设施投资对零售企业绩效影响——基于中国省级面板数据实证分析.pdf

  ·品牌代言人可信度特质对消费者感知质量影响——产品卷入度及产品知识调节作用.pdf

  ·AD患者ApoE基因SNP分析及神经保护肽Humanin抗AD作用的研究和表达.pdf

http://southoverschool.net/suozhihujiao/23.html
锟斤拷锟斤拷锟斤拷QQ微锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷微锟斤拷
关于我们|联系我们|版权声明|网站地图|
Copyright © 2002-2019 现金彩票 版权所有