车载异构网络业务均衡关键技术研究

作     者：朱玉 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方旭明

授予年度：2015年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 0838[工学-公安技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：异构网 业务均衡 卸载 马尔科夫链 NS3 

摘      要：科技服务于生活。人类的生存方式正随着互联网技术的发展与应用发生着潜移默化的改变,人们希望无时无刻都处身于优质的网络环境中。这一需求推动了智能设备在各个领域的普及。蜂窝网络作为现阶段覆盖范围最大、接入最灵活的网络设施,自然面临着巨大的流量压力。车载自组织网络(VANET)使用IEEE 802.11p标准实现了车辆、车地之间的通信,在智能交通系统中应用广泛。实际上,VANET是一种专用场景下的无线应用网络。本文希望借助该专用网络承载车载场景下的数据流量,以此减轻蜂窝网的压力,同时为车载用户提供更好的用户体验。围绕该中心,本文完成的工作主要由四个方面组成。第一,基于3GPP标准以及有关应用需求,实现LTE与VANET车路通信部分即车载WiFi网络的架构融合。提出“逻辑甚紧耦合架构概念,设计相关网元、接口、协议栈以及信令,用以完成两网之间的互联互通,为数据卸载方案的实施奠定基础。第二,提出本地流量卸载策略。该策略将信令与数据分离,核心网元仍可通过接收到的会话信令实现对用户行为的管控与计费,业务数据则会基于用户的地理位置信息由车载WiFi网络负载,不再经由蜂窝网络核心网或接入网的转发。第三,核心网根据其自身实时负载情况选择不同颗粒度的数据卸载策略。当核心网络处于严重拥塞状态时,在车载WiFi网络存在的条件下,其大部分接入业务将由车载WiFi网络承担;核心网络将采用“快恢复策略,尽快摆脱拥塞状态。若核心网络仅发生轻微拥塞,则采用基于承载级参数的更为保守的数据卸载策略。核心网元将通过底层参数识别业务类型,首先卸载对时延具有较高忍耐性的业务。第四,为了进一步保证业务质量与会话的连续性,使大部分会话都能够在一个基本服务集中完成,本部分对车载场景以及不饱和状态下的EDCA机制进行数学建模,构造出三维马尔科夫链,使用数学表达式描述车载WiFi网络的吞吐量性能。根据该表达式分析出终端移动速度以及EDCA行为对系统吞吐量的影响,并提出相应的优化方案。最后使用NS3网络模拟软件对优化方案的性能进行仿真分析。仿真结果表明,当蜂窝网络发生拥塞时,车载WiFi网络能够起到很好的补充作用。对某些特定类型的业务而言,车载WiFi网络可为其提供更加优越的业务表现。