无线资源管理（精选12篇）
无线资源管理 篇1
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Qo S。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选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Qo S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Qo S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、子载波分配方法、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。
摘要：异构无线融合网络并不是多种无线接入技术的叠加, 各个网络之间资源形式和管理机制各不相同, 如何有效的管理无线资源, 提升异构无线融合网络中无线资源的利用效率至关重要。基于以上, 本文从异构无线融合网络概述入手, 探讨了其无线资源管理的关键技术。
关键词：异构,无线融合网络,无线资源,管理
参考文献
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无线资源管理 篇2
传统的调度算法主要有轮询RR算法，最大C/I算法，比例公平PF算法等。轮询RR算法主要的方法如下：系统遍历其中所有的用户，循环的进行调度，提供信道。RR算法主要的特点是循环调度每个用户，使得每个用户在任何时刻都有相同的调度机会，保证用户的公平性，而且复杂度低，容易实现;但是在RR算法中，完全没有考虑用户的信道质量，将不同用户的优先级设定为相同的，系统吞吐量很难提高，而且被调度的信道质量较差的用户不能很好的利用资源，从而降低了整个系统的频谱效率。最大C/I算法的主要方法是为信道条件最好的用户服务，信道条件最好即为最大C/I，所以在此算法中优先级可以用在某个时刻用户信道的载干比值来表示，载干比较高即优先级较高。最大C/I算法的特点是，信道条件好的用户可以一直占用信道资源，而信道条件差的用户调度机会较小，所以此算法中，用户公平性差，但是系统吞吐量可以达到最大，频谱效率较高，而且算法复杂度也不高。比例公平PF算法是对上述两种算法的一种中和，使用较为普遍，比例公平算法同时考虑用户信道质量和前面一段时间内此用户在调度中获得的吞吐量，用户的优先级可以用用户某时刻信道质量和用户在此时刻前的一段时间窗口内的平均吞吐量的比值，这样信道质量好的用户在一段时间的持续调度后，优先级就会减小，因为()增大了。这样在用户的公平性和系统效率间取得了一定的平衡，该算法为每个用户都分配了一个优先级，每一个调度时刻，优先级高的用户会优先进行调度，该算法优先级计算公式如下：()=()()其中()为用户的优先级，()为的瞬时数据速率，即当前信道质量，()为用户在时间段的平均吞吐量。()的更新规则为：()=(11)*(1)+1*(1)比率公平算法的时间窗口的选择是比较复杂的，实现相对复杂。改变不同的参数，该算法就可以带来不同的公平性程度。
无线资源管理 篇3
文章结合当前正在研究的后3代(B3G)、第4代(4G)移动通信系统的发展和处于运营及推广阶段的第3代移动通信系统，分析了未来移动通信系统中无线资源管理系统的关键技术，探讨了多体制标准下的无线通信网络和多种业务情况下的无线资源管理的研究方向。
关键词：
未来移动通信系统；无线资源管理；功率控制；信道分配
ABSTRACT:
The key technologies of radio resource management (RRM) for future mobile communication system are analyzed, based on the development of B3G and 4G mobile communication systems and the third-generation mobile communication system. The main research issues of RRM on the circumstances of different standard wireless communication systems and various services are also discussed in the paper.
KEY WORDS:
Future mobile communication system; Radio resource management; Power control; Channel allocation
1 未来移动通信系统
随着Internet的迅速发展以及IP与移动通信标准的结合，IP协议和基于IP的业务已逐步成为未来移动通信网的网络上层协议和业务应用趋势。未来移动通信系统将是一个全IP的网络系统。ITU-R、 IETF、IPv6论坛、移动无线互联网论坛(MWIF)、3G合作工程组(3GPP)和3G合作2号工程组(3GPP2)等诸多相关国际组织或论坛都在研究和探讨未来移动通信系统的IP协议解决方案。
未来移动通信系统全IP的核心网络采用Internet IP技术，可支持Mobile IP和Mobile IPv6等相关标准；边缘则是不同标准的通信系统(例如GSM、 GPRS、 UMTS、 cdma 2000、WLAN、Internet、PSTN、DAB/DVB-T及Bluetooth等)。 全IP网络的目标将是从网络到终端均使用基于IP的协议通信。目前全IP网络的标准化工作主要集中在核心网络(Core network)，正逐步向无线接入网和终端延伸。未来移动通信系统全IP网络的网络构架如图1所示。
未来移动通信系统的空中接口标准的发展目标是支持更高无线信道传输速率和具有向下兼容第3代移动通信各标准的能力。其主流为频分双工(FDD)、时分双工(TDD)、码分多址(CDMA)方案并存的综合复用方式，并结合正交频分复用(OFDM)或多载波等相关技术以提高无线频谱利用率。B3G和4G的最高传输速率将分别达到20 Mbit/s和100 Mbit/s甚至更高。此外无线本地环路(WLL)、无线局域网(WLAN)、数字音讯广播(DAB)、数字视频广播(DVB-T)等标准也在不断地发展和演进。
在各种移动通信传输体制中，有效地提高频谱资源利用率一直是研究的热点问题，第3代移动通信系统的各标准中都已提出面向QoS的无线资源管理框架。在未来移动通信系统中，使用无线资源管理的各种方法对复杂的无线物理信道、网络资源进行合理配置，完善IP协议兼容性及保障不同特性业务的传输质量等方面的研究正在进行中。未来移动通信网络中各种体制系统的互通、融合和网络构架已成为被关注的研究方向。
2 无线资源管理
无线资源管理的目标是在有限带宽的条件下，为网络内无线用户终端提供业务质量保障，其基本出发点是在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰弱和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大程度地提高无线频谱利用率，防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷。无线资源管理(RRM)的研究内容主要包括以下几个部分：功率控制、信道分配、调度技术、切换技术、呼叫准入控制、端到端的QoS、无线资源预留和自适应编码调制等。
2.1 功率控制技术
在移动通信系统中，近地强信号抑制远地弱信号产生“远近效应”。系统的信道容量主要受限于其他系统的同频干扰或系统内其他用户干扰。在不影响通信质量的情况下，进行功率控制尽量减少发射信号的功率，可以提高信道容量和增加用户终端的电池待机时间。传统的功率控制技术是以语音服务为主，这方面的研究已经相当多，主要涉及到集中式与分布式功率控制、开环与闭环功率控制、基于恒定接收与基于质量功率控制。目前功率控制的研究集中在数据服务和多媒体业务方面，多为综合进行功率控制和速率控制研究。功率控制和速率控制两者的目标基本上是互相抵触的，功率控制的目标是让更多的用户同时享有共同的服务，而速率控制则是以增加系统吞吐量为目标，使得个别用户或业务具有更高的传输速率。如何满足用户间不同的QoS要求和传输速率，同时达到公平性和高吞吐量的双重目标，是目前较为热门的课题。
用在电路交换网络的功率控制技术已不能适应IP传输和复杂的无线物理信道控制，当IP网络成为核心网络，如何在分组交换网络进行功率控制就成为功率控制研究的主要内容。针对基于突发模式(Burst-mode)功率控制的通信网络的研究和连续突发模式(Burst-by-burst)的通信系统的设计已引起很大的注意。结合功率控制和其他新技术，如智能天线、多用户检测技术、差错控制编码技术、自适应编码调制技术、子载波分配技术等方面的联合研究，提高系统容量也是比较热门的研究课题。
2.2 信道分配
在无线蜂窝移动通信系统中，信道分配技术主要有3类：固定信道分配(FCA)、动态信道分配(DCA)以及随机信道分配(RCA)。
FCA的优点是信道管理容易，信道间干扰易于控制；缺点是信道无法最佳化使用，频谱信道效率低，而且各接入系统间的流量无法统一控制从而会造成频谱浪费，因此有必要使用动态信道分配，并配合各系统间做流量整合控制，以提高频谱信道使用效率。FCA算法为使蜂窝网络可以随流量的变化而变化提出了信道借用方案(Channel borrowing scheme)，如信道预定借用(BCO)和方向信道锁定借用(BDCL)。信道借用算法的思想是将邻居蜂窝不用的信道用到本蜂窝中，以达到资源的最大利用。
DCA根据不同的划分标准可以划分为不同的分配算法。通常将DCA算法分为两类：集中式DCA和分布式DCA。集中式DCA一般位于移动通信网络的高层无线网络控制器(RNC)，由RNC收集基站(BS)和移动站(MS)的信道分配信息；分布式DCA则由本地决定信道资源的分配，这样可以大大减少RNC控制的复杂性，该算法需要对系统的状态有很好的了解。根据DCA的不同特点可以将DCA算法分为以下3种：流量自适应信道分配、再用划分信道分配以及基于干扰动态信道分配算法等。DCA算法还有基于神经网络的DCA和基于时隙打分(Time slot scoring)的DCA。最大打包(MP)算法是不同于FCA和DCA算法的另一类信道分配算法。DCA算法动态为新的呼叫分配信道，但是当信道用完时，新的呼叫将阻塞。而MP算法的思想是：假设在不相邻蜂窝内已经为新呼叫分配了信道，且此时信道已经用完，倘若这时有新呼叫请求信道时，MP算法(MPA)可以将两个不相邻蜂窝内正在进行的呼叫打包到一个信道内，从而把剩下的另一个信道分配给新到呼叫。
RCA是为减轻静态信道中较差的信道环境(深衰落)而随机改变呼叫的信道，因此每信道改变的干扰可以独立考虑。为使纠错编码和交织技术取得所需得QoS，需要通过不断地改变信道以获得足够高的信噪比。
2.3 调度技术
未来移动通信系统的主要特征之一是存在大量的非实时性的分组数据业务。因为不同用户有不同速率，一个基站内所有用户速率总和往往会超过基站拥有频带所能传输的信道容量，因此必须要有调度器(Scheduler)在基站内根据用户QoS要求，判断该业务的类型以便分配信道资源给不同的用户。
最近调度技术开始与其他技术相结合，如调度技术和功率控制整合，调度技术和软切换技术相结合，软切换技术和呼叫准入控制技术相结合等，且调度技术也扩展至实时性数据(Real-time data) ，提出了新的应用。另外，为了在Internet中提供QoS，如IntServ或DiffServ服务，调度技术也起重要的作用。
2.4 切换技术
切换技术是指移动用户终端在通话过程中从一个基站覆盖区内移动到另一个基站覆盖区内或者脱离一个移动交换中心(MSC)的服务区进入另一个MSC服务区内，以维持移动用户通话不中断。有效的切换算法可以提高蜂窝移动通信系统的容量和QoS。切换技术一般分为硬切换、软切换、更软切换、频率间切换和系统间切换。切换技术主要是以网络信息信号质量的好坏、用户的移动速度等信息作为参考来判断是否应执行切换操作。除了以上给出的切换技术以外，正在研究的切换技术基于信道借用和基于用户位置的切换。
未来移动通信系统中切换技术与移动性管理结合得越来越紧密，由于未来移动通信系统的核心网为IP网，这势必会给移动用户的切换带来新的问题和挑战。现有的切换算法针对蜂窝移动通信系统设计，而Internet协议开始并不是针对无线通信环境所设计，要使得未来移动通信系统中切换技术得以实现，就必须对现有的切换技术进行修改。IETF在移动性管理方面做了许多工作，提出并制订了一些相关的标准：如宏移动(Macro-mobility)和微移动(Micro-mobility) 的标准。
2.5 呼叫准入控制
以语音业务为主的呼叫准入控制决定是否接受新用户呼叫是相当简单的问题，在基站有可用的资源时即可满足用户的要求。在CDMA网络中，使用软容量的概念，每个新呼叫的产生都会增加所有其他现有呼叫的干扰电平，从而影响整个系统的容量和呼叫质量。因此以适当的方法控制接入网络的呼叫显得比较重要。第3代及未来移动通信系统要求支持低速话音、高速数据和视频等多媒体业务，因此呼叫准入控制也就变得较为复杂。
未来移动通信系统中呼叫准入控制的要求是：在判决过程中，使用网络计划和干扰测量的门限，任何新的连接不应该影响覆盖范围和现有连接的质量(整个连接期间)，当新连接产生时，呼叫准入控制利用来自负荷控制和功率控制的负荷信息估计上、下行链路负荷的增加，负荷的改变依赖于流量和质量等参数，若超过上行或下行链路的门限值，则不允许接入新的呼叫。呼叫准入控制算法给出传送比特速率、处理增益、无线链路发起质量参数、误码率(BER)、 信噪比(Eb/No)和信干比(SIR)。呼叫准入控制管理承载映射、发起强制呼叫释放、强制频率间或系统间的切换等功能。
目前正在研究的呼叫准入控制算法主要有以下几类：基于QoS的呼叫准入控制算法，该算法对接入的呼叫业务进行分类，如分为实时性业务和非实时性业务，然后再分别对其执行不同的呼叫连接；交互式呼叫准入控制算法；基于等效带宽的呼叫准入控制算法；基于容量的呼叫准入控制算法；基于功率的呼叫准入控制算法；分布式呼叫准入控制算法等。
随着未来移动通信系统对数据、图像、视频等多媒体业务的支持，其业务的传输速率也越来越高，这就要求研究新的适合于高速移动通信系统的呼叫准入控制算法。此外，在考虑移动通信系统的呼叫准入控制时，拥塞控制策略也是通常需要考虑的一个方面，因此常将呼叫准入控制与拥塞控制进行结合研究。
2.6 端到端QoS保障
传统的Internet网络提供是“尽力而为”(Best effort)服务，IP层无法保证业务的QoS要求，端到端QoS保障要通过传输控制协议(TCP)层来实现。尽管TCP层可以保障一定的QoS，如减少分组丢失率，但是仍无法满足高实时性要求的图像、视频等多媒体业务在无线系统中传输的端到端QoS要求。而且未来移动通信系统的核心网络将是基于IP的网络，这就给如何在移动Internet网络上为未来高速多媒体业务提供可靠的端到端QoS要求提出了新的问题。
目前对移动IP业务的服务质量(QoS)的保证方法，大多没有考虑到端到端QoS保证。下一代高速无线/移动网络要求能够接入Internet、支持各种多媒体应用并保证业务的 QoS。但由于用户的移动性和无线信道的不可靠性，使得QoS保证问题比有线网络更复杂。传统IP网络无法保证用户业务的QoS，这已经成为Internet向前发展的巨大障碍，为此IETF为增强现有IP的QoS性能提出了两种典型的保障机制即：综合业务/资源预约协议(InterServ/RSVP)和区分业务(DiffServ)。
在无线网络中，传统的流量控制并不适应用来提供QoS 保证，因为会把无线信道传输过程中的分组丢失当作网络拥塞来处理。UMTS定义了4类QoS类型，即对最大传输迟延有严格的要求的会话类别，对端到端数据流的迟延抖动有一定要求的流类别，对往返延迟时间有要求的交互式类别，对延迟敏感性要求很低的后台类别。网络根据不同QoS类型的业务分别为其分配不同信道资源。此外还有其他几种解决QoS的算法，如无线链路层解决方案、TCP连接分离方法、TCP迭加解决方案、套接口/网关解决方案等。
有关自适应编码调制、无线资源预留等其他无线资源管理方面的研究内容也在进一步的研究和探讨中。
3 结束语
从无线移动通信系统的发展趋势中，不难看出未来移动通信系统网络构架将是包括不同无线接入网络和不同种类网络的全IP的分层式网络构架，其核心网为IP网络。网络边缘由多个不同无线和有线网络所构成，边缘网络接口可以是GSM、通用分组无线业务(GPRS)、GSM增强数据系统(EDGE)、WCDMA、cdma 2000、TD-SCDMA接口，可以是正在研究的B3G/4G空中接口、IEEE 802系列无线网络接口、自组织网络(Ad Hoc) 接口，以及卫星和Internet、PSTN等网络接口，不同网络的传输环境会有所不同，采用的频段也会不一样，这样就需要考虑不同接入网络环境的整合与网络间的互通。
未来移动通信系统平台将采用分层式并具有良好的弹性构架，以支持不同系统、多种新技术、各种增值业务，以及全球通信的需要，这势必会给系统的无线资源管理带来诸多新的挑战。其中基于IP和基于位置的切换技术，基于多种网络和多种业务的动态频率分配、准入控制、调度、网络容量分配、切换技术，面向移动通信的TCP/IP协议等涉及网络中和网络间的资源管理方案将成为下一阶段的研究方向。□
参考文献
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(收稿日期：2002-10-21)
作者简介
赵新胜，东南大学无线电系移动通信国家重点实验室副教授，中国第3代移动通信系统的演示系统研制工作主要技术骨干。研究领域为移动通信系统和通信网络系统的体系结构、无线资源管理、网络协议，目前正在进行B3G和第4代移动通信系统的研究。著有通信系统方面的教材2部。
无线资源管理 篇4
通知要求各省 (区、市) 无线电管理机构加强组织领导, 广泛联合各行业部门、单位和协会力量, 以无线电科普知识、无线电管理法律法规和无线电频谱资源管理服务经济社会发展中的重要作用为重点, 区分不同受众, 精心策划内容, 提高活动实效, 并结合重点工作, 共同推动落实。
阚润田副局长主持了座谈会, 听取了《人民邮电报》、《中国电子报》、《中国无线电》、《数字通信世界》等媒体和中国无线电协会关于宣传月新闻报道和宣传计划的介绍, 以及对于做好下一步无线电管理宣传工作的意见建议, 并提出了做好宣传月宣传工作的相关要求。
无线电管理收费规定 篇5
第十四条 在缴费问题上发生争议时，缴费单位和个人必须先按收费部门的决定缴费，然后向上级无线电管理委员会办公室申请复议或通过人民法院裁决。
第十五条 省、自治区、直辖市无线电管理委员会可根据本规定制定具体实施办法。
第十六条 本规定由国家无线电管理委员会、国家物价局和财政部负责解释。
无线传感器网络的密钥管理 篇6
一、 无线传感器网络安全框架——SPINS
SPINS安全协议是传感器网络安全框架之一，是由Adrian Perrig等人提出的一种基本的安全协议，它建立在对称密钥体系的基础之上，包括SNEP(Secure Network Encryption Protocol ) 和€%eTESLA ( micro Timed Efficient Streaming Loss-tolerant Authentication Protocol) 两个部分。前者用于实现点到点通信的机密性、完整性和新鲜性，后者实现网络广播消息的验证。下面对SNEP和€%eTESLA 进行简单的介绍。
1.安全网络加密协议SNEP。SNEP协议提供网络所需的数据机密性、认证性、完整性和新鲜性。SNEP 本身只描述安全实施的协议过程，并不规定实际使用的算法,具体的算法在具体实现时考虑。SNEP 协议采用预共享主密钥的安全引导模型,假设每个节点都和基站之间共享一对主密钥，其他密钥都是从主密钥衍生出来的。SNEP 协议的各种安全机制是通过信任基站完成的。
2.基于时间的高效的容忍丢包的流认证协议€%eTESLA 协议。SNEP协议可以较好的完成点对点的通信，但是对于广播消息的验证却有一定的困难。因为发送方和每一个接收者都采用的不同的对称密钥，发送方无法产生多个接收方都可以验证的消息验证码。为了实现广播消息的认证，SPINS提供€%eTESLA 协议。
€%eTESLA协议是基于时间的高效的容忍丢包的流认证协议，该协议的主要思想是先广播一个通过密钥Kmac认证的数据包，然后公布密钥Kmac。这样就保证了在密钥Kmac公布之前，没有人能够得到认证密钥的任何信息,也就没有办法在广播包正确认证之前伪造出正确的广播数据包。这样的协议过程恰好满足流认证广播的安全条件。
三、密钥管理方案
在无线传感器网络中，网络的安全管理包含了安全体系建立和安全体系变更(即安全维护)两个部分。安全引导就是指一个完全裸露的网络如何通过一些共有的知识和协议过程来形成一个具有坚实安全外壳保护的网络。安全维护就是指在实际运行中，原始的安全平衡由于内部或者外部的因素，传感器网络识别并除去异构的恶意节点，重新恢复安全防护的过程。在一个由成千上万节点的传感器网络中，节点随机部署在未知的区域。在这种情况下，要想预先为整个网络设置好所有可能的安全密钥是非常困难的，安全管理最核心的问题就成了安全密钥的建立过程，即密钥管理问题。
目前密钥管理主要方法有三种：
1.信任服务器方案(Center of Authentication，CA)。信任服务器方案是用可信任的服务器完成节点间的密钥协商过程，如Kerberos协议。这个协议需要预先在传感器节点放置一些预配置的信息来产生密钥。这个协议包括密码密钥算法和公开密钥算法，但是由于传感器节点的计算能力有限，在节点上进行求幕运算是不可行的，在无线传感器网络中一般采用秘密密钥算法，即对称密钥算法。
2.基于公钥密码的密钥管理机制——自增强的方案。在传统网络中公钥密码机制广泛应用于密钥交换和分配。自增强方案需要非对称密码学的支持，但由于传感器节点能源、内存和计算能力有限，传统的观念认为它需要较大的计算量、能量消耗和存储空间，例如，RSA、DSA、 Difie-Hellman等。协议在传感器节点的硬件水平上运行都将导致产生节点无法承受的能耗，但是根据目前的讨论，也并不能完全否定公钥体制在无线传感器网络中的应用。如椭圆曲线算法（ECC）就是值得考虑和研究的应用于传感器网络中的方案。
3.密钥预分配方案。密钥预分配方案需要在系统布置之前完成了大部分的安全基础的建立，对系统运行后的协商工作只需要很简单的协议过程，所以比较适合无线传感器网络安全引导。它是一种运用对称密钥算法进行加解密的密钥管理方案。
四、密钥管理方案的评估指标
1.安全性。不管对于传统网络还是无线传感器网络，密钥管理方案的安全性都是首要考虑的因素，包括保密性、完整性、有效性等。
2.节点被俘获的抵抗性。节点被俘获的抵抗性就是指当一个网络中的部分节点被攻击之后，对其它正常节点之间通讯的影响有多大。一个理想的密钥管理方案应该是在部分节点被攻击之后，对其它正常节点之间安全通讯几乎没有影响。
3.负载。无线传感器网络中的负载包括三种负载：通讯负载、计算负载和内存负载。
无线资源管理 篇7
1 动态子信道分配
对于一个无线通信系统而言, 最基础的就是调制技术与多址方式。第三代合作伙伴计划组织在进行相关讨论与研究后决定, 将正交频分多址 (简称OFDMA) 技术和单载波频分多址 (简称SC-FDMA) 技术分别应用于3GLTE系统的下行和上行中。单载波频分多址技术具有较低的峰均比。以上两项多址技术在子信道选择方面均具有灵活性, 可对频域资源进行动态分配, 使得频率及多用户分集得到有效的利用, 从而使得系统性能达到最佳状态。这也是LTE系统无线资源分配的又一特征。
2 分布式网络架构设计
一般, 构成3GPP接入网UTRAN的节点有两层, 即Node B与RNC, 但为了简化LTE系统网络, 使延迟时间变短, E-UTRAN的组成部分仅为演进型Node B。下图为LTE系统的网络架构图, 其组成部分主要是演进型Node B与接入网关。演进型Node B底层的传输是通过IP实现的, 由X2接口实现逻辑上的连接, 也就是建立Mesh型网络。这种网络结构设计的目的是支持UE可在网络中任意移动, 从而使用户可进行无缝切换。所有演进型Node B与接入网关之间的连接都是由S1接口来实现的, 一个演进型Node B能够连接多个接入网关, 同样, 一个接入网关也能够与多个演进型Node B进行连接。事实上, 接入网关就是一个边界节点, 若认为核心网的组成部分包括接入网关, 那么演进型Node B是接入网的主要组成部分。
由于网络架构不是固定不变的, 故在协调无线资源分配中的小区间时, 管理信令开销与控制时延是不能忽略掉的, LTE系统无线资源管理的第三个特征就是其网络架构为分布式, 如图1所示。
3 动态资源分配方向
不同于传统方式, LTE系统无线资源分配机制具有自己的特点, 以下就动态资源分配展开讨论, 调度与功率控制是动态资源分配的主要内容。
3.1 调度
在以分组交换为基础的无线网络中, 频率资源的调度十分关键, 3GPP对调度进行了如下定义:时频资源是由基站调度器在相应的时间内分配给用户。评价调度算法好与坏的依据就是是否既满足了用户的Qo S要求, 又使其系统容量最大化, 所以要平衡系统与用户两者的关系。如今, 无线网络发展迅速, 许多Vo IP与多媒体等不同类型的新业务也随之出现, 不同业务的Qo S要求区别非常大, 怎样设计出一个调度器既能适应当前复杂的网络环境, 又可满足不同业务的要求是我们需要思考的一个问题。
既要符合系统的吞吐量, 又要满足用户的Qo S要求, 这就要求提供用户信道现状和数据等待长度等相关外部信息给调度器。调度所要考虑的因素比较多, 在使相关信息得到充分利用的前提下, 要尽可能的将信令和其他开销降到最低, 使系统性能尽量达到最佳状态。
LTE系统带宽范围为1.25MHz~20MHz, 比典型的场景信道带宽还要大, 所以, 可根据无线信道衰落特性来实现时频二维调度, 从而满足用户的Qo S及系统容量最大化的要求。
3.2 功率控制
在下行链路中, 功率控制需要能对路径损耗及阴影衰落进行补偿, 由慢速功率控制便可实现这一要求, 然而, 要使频率分集效用得到充分的利用, 如何分配所有子信道的功率也是调度周期内需要考虑的问题。在周期与粒度方面, 功率分配要小于功率控制。通常, 为了同时满足系统吞吐量与用户的Qo S要求, 功率分配与子载波分配是不能分别考虑的。虽然, 现有的关于单小区功率分配和子载波分配的资料不少, 但基本上都很复杂, 假设条件偏离实际, 对工程并不适用。在现有的下行功率控制方法中, 平均分配法与路径损耗补偿法相对来说较为简单有效。
摘要：文中针对未来无线通信系统中的无线资源分配主要阐述了:动态子信道分配、分布式网络架构设计以及动态资源分配方面的问题。摘要
关键词：无线通信,无线资源分配,动态,网络架构
参考文献
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无线资源管理 篇8
无线资源管理是空中接口的上层模块, 是众多算法和协议的总称。它负责整个移动通信系统空中接口资源的规划和调度, 以确保系统的覆盖、容量和QoS。在WiMAX系统中, 无线资源管理算法在标准中并没有定义, 它由设备厂家自行确定, 而WiMAX网络工作组在给出RRM功能需求和功能分解的同时只给出了2种RRM通用参考模型, 这2种参考模型简单的给出了其逻辑实体间的关系, 并未解决逻辑实体是如何由功能模块实现的问题。此外现实网络中快速接入、无缝切换和互联互通等需求要求RRM架构设计必须从顶层设计出发。
本文遵循统一通用的架构设计原则, 采用自顶向下的设计方法, 逐步细化到模块的实现, 最终设计出可行的RRM架构, 从而达到优化网络性能的目的, 使其能有效实现和评估。
1WiMAX无线资源管理概述
文献[1]给出了WiMAX支持漫游的网络架构模型, 其中ASN作为WiMAX系统的接入网, 主要包括基站、基站控制器和接入网关等功能实体, 包含了无线资源管理和移动管理等功能。3G无线资源管理机制主要集中在无线网络控制器 (RNC) 中, 但在WiMAX系统中, 无线资源管理主要集中在基站端, 其功能实体可以分解为无线资源代理 (RRA) 和无线资源控制 (RRC) 2个逻辑实体。其中RRA驻留基站, 维护收集到的无线资源信息并与RRC通信, 而RRC可以驻留在基站、接入网关, 还可以作为独立的服务器。根据RRC不同的驻留位置, 网络对无线资源的管理便产生了分布式控制、集中式控制和协同混合控制之分。
对于WiMAX系统来讲, 其无线资源管理算法至少包括:接入控制、负载控制、切换控制、功率控制、基于OFDM的资源分配和对业务流的分组调度等[2,3]。一般网络架构中无线资源管理各功能模块所处位置, 如图1所示。无线资源管理各分解功能分散处于网络功能实体中, 因为考虑到目前系统之间的无缝切换、协同工作, 在一般网络架构中引入了RRM服务器, 并把它作为可选功能实体, 当RRC作为单独的RRM服务器时, 其和基站协同控制网络资源的使用, 并和其他系统RRM服务器交互控制资源的使用, 使控制面终结于RRM服务器, 基于网络功能实体的通用RRM架构见后文阐述。
此外, WiMAX网络工作组提出:RRM架构要有通用性, 即在某些时刻可协助其他对无线资源有影响的功能单元工作, 如移动性管理、QoS管理和业务流控制等, 在图1中, 用不同字体表示出了这些功能, 以示和RRM功能区别开。虽然无线资源管理各分解功能零散处于不同的网络功能实体, 但它是一个不可分的整体, 其分解功能模块之间有着千丝万缕的关系。当区分不同用户、不同业务流接入优先级以及快速接入而又不增加网络负荷时, 当满负荷运转同时又有新用户接入时, 如何尽量保证现有业务流QoS性能?本文将基于RRC驻留在基站和作为单独的服务器两种情况设计通用的RRM架构。设计中各分解功能协调控制达到了增大网络覆盖范围, 提高网络容量和资源利用率, 保证业务流QoS性能的目的[4]。
2基于网络功能实体的通用RRM架构设计
2.1RRC驻留基站时的通用RRM架构
RRM的基本功能是通过RRC控制层分配所需的如频谱、时间和天线等资源, 通过测量交换以及控制这些与无线资源相关的信息解决网络中频谱等资源稀缺的矛盾。因此, RRM架构中, 无线资源测量及代理模块是收集本基站和相邻基站、用户无线资源信息的关键模块, 通过其和RRC中的接入控制、负载控制、切换控制模块交换信令流程以实现无线资源管理功能。RRC中, 接入控制模块在RRM中占有相当重要的位置, 其需要协同负载控制模块和切换控制模块一起对新的接入业务进行检验和判断, 同时从无线资源测量和代理模块中获知最新的资源信息, 从而对新接入业务流进行动态资源分配或者拒绝其接入。当网络负载容量影响新接入业务流QoS 性能时, 负载控制被触发, 其通过依次触发小区内、小区间以及基站间切换控制机制均衡不同小区、不同基站的负载容量。在新的业务流被接纳后, 其通过动态资源分配与信道映射模块获得传输资源并经过分组调度模块控制其传输时间、优先级等参数。以上诸模块协调有序的共同作用使网络性能得到提升。
此外, 如图2所示, RRC驻留基站, 其与不同基站RRC通过标准接口R8进行通信, 而RRC和RRA通过内部接口进行通信, 此外基站和网关间交互接入控制、负载控制和移动管理信息时通过标准接口R6进行通信。从而达到了WiMAX NWG提出的架构通用性目标。此种架构适用于集中式和分布式网络控制。
2.2RRC单独作为服务器时的RRM架构
当RRC作为一个独立的服务器位于ASN内时, 一个RRC可以与一个RRA或者多个RRA关联, 如图3所示, BS、RRM服务器以及GW间都通过标准接口R6 进行通信, 不同RRM服务器通过标准接口R4 进行通信。在此架构中, 基站和RRM服务器协同交互无线资源信息, RRM服务器集中控制资源的使用, 如果一个RRC和多个RRA关联, 由于系统中负载的动态变化, 其干扰引起现有业务流QoS性能的下降以及对新接入业务流的影响触发切换控制, 此时, 切换控制模块选择切换小区和基站使系统快速恢复到稳定状态;此外系统通过预留资源可以快速的接入优先级高的用户业务流, 当资源紧缺时, 接入控制模块协同负载控制和切换控制模块采用首先均衡负载, 其次适当降低低优先级用户业务流QoS性能的办法保证高优先级用户的接入。这些控制流程都是在不同RRM服务器之间通过R6 接口传递, 不会影响BS和BS以及BS和GW之间用户数据的传输。此架构适用于协同混合网络控制, 在mesh组网时通过配置服务器减少基站负荷。由于控制面终止于RRM服务器, BS和GW只交互用户面信息, 因而系统增加了网络容量, 保证了QoS性能。
2.3通用RRM架构在协议上的映射
上文基于网络功能实体给出了2种通用RRM架构, 从图3和图4可以看出RRM整个清晰的轮廓, 但是RRM功能算法和策略必须要通过现有协议框架来实现, 虽然2种架构有诸多不同, 但是映射到协议框架中则差别不大, 只需根据实际需要稍微改动就行。其中RRC控制层通过测量物理链路层的跨层状态信息和资源信息, 结合控制模块算法共同实现无线资源管理。此外MAC层业务流的分组调度可以结合HARQ和物理层的AMC更好地提高QoS性能[5]。
3结束语
宽带无线通信资源管理通用架构的设计是近几年来研究的热点, 尤其是WiMAX系统从发布IEEE802.16d 和IEEE802.16e标准以来, 其网络工作组一直致力于研究其通用的RRM架构, 先后给出了功能需求、功能分解和通用参考模型。本文在此基础上基于网络功能实体给出了RRM通用架构设计, 首先此种架构基于通用参考模型, 有利于实现和评估, 其次设计中采用自顶向下的设计方法, 对阐述RRM功能和清晰的了解RRM在整个网络的作用起到高屋建瓴的作用, 此外设计中阐述了其功能模块算法之间的关系, 为后续功能算法的实现打下了基础。
摘要：从WiMAX网络架构的引入, 介绍了无线资源管理 (RRM) 各功能模块在网络架构中所处位置。参考WiMAX网络工作组给出的2种RRM参考模型, 采用自顶向下的设计方法给出了基于网络功能实体的通用RRM架构设计。此通用架构能清晰的表述RRM各功能, 能有效实现和评估。
关键词：WiMAX,接入业务网络,RRM架构,接入控制
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无线资源管理 篇9
笔者将从下列若干方面论述在LTE上行方向中的物理层的一部分关键技术。
一、单载波频分多址 (Single-carrier Frequency-Division Multiple Access, SC一FDMA)
它意味着基站会在各个传输时间的一定间隔内将一个独立的频段分配给各位用户的设备, 从而更好地发送数据。因此能够分开不同用户从频率以及时间上分开相关数据, 能够确保小区内不同用户在相同时刻内运用上行载波方面的正交性, 规避小区中存在的同频干扰。从上行的SC一FDMA信号来看, 采取“时域”或“频域”等生成方法。从频域生成法来看, 也被叫做DFT扩展OFDM。从时域生成法来看, 也被叫做交织FDMA。从眼下来看, DFI—S一OFDMA技术已经变成了LTE技术领域的关键方案之一。它能够在OFDM的IFFT调制前实现信号的DFT扩展, 系统发射出了时域信号。它还能够有效地规避OFDM系统发送频域信号所导致的PAPR问题, 进一步减少手持终端所需要的功放成本, 延长电池的使用寿命。
二、虚拟多入多出技术
从LTE上行方向来看, 这种多用户MIMO技术较为特殊, 也能够将其看成是空分复用技术。当前Wi MAX已经运用了这项技术, 它能够以动态方式使两个单天线中的UE进行配对, 实现虚拟的MIMO发送。如此以来, 2个MIMO信道具中存在着正交性的UE能够共享同样的时/频资源, 在一定程度上提升上行系统的容量。而且也能够在LTE下行方向运用虚拟MIMO, 也就是说, 在用户终端具备了较多的接收天线时, 两个相邻小区基站能够在同一时间向用户终端传输相关数据, 从而形成虚拟MIMO。
三、链路自适应技术
自适应编码以及调制是它的核心。从LTE的AMC技术争论来看, 重点集中在同一个用户的不同频率资源能否运用不一样的AMC。从理论方面来看, 尽管频率受到了选择性衰落的巨大影响, 在这种情况下, 和在全部频率资源方面运用同样的AMC配置相比, 前者的性能更好。
四、功率控制技术
LTE系统能够分别在各个子频带内实现慢速功控, 这样能够有效地补偿阴影衰落以及路径损耗。然而, 假如要完全补偿小区边缘中的上行用户, 那么可能会造成小区边缘的用户发存在着过高的射功率, 这样会造成小区间干扰。所以, 从眼下的研究前景来看, 只能部分地补偿小区边缘用户, 也就是说, 和小区边缘UE的目标信干噪比相比, 小区中心UE的目标目标信干噪比显得比较小, 这样才能规避出现一定的小区干扰, 所获得的系统容量也会更大。除此之外, 前文所述的自适应功率控制能够在一定程度上节约所需要的发射功率, 减少小区间的相互干扰, 进一步提升系统吞吐量。
五、小区间干扰抑制技术
LTE能够提升小区边缘数据率的目标, 它可以实现小区间干扰抑制技术。从眼下来看, 需要分析的相关方案涵盖了干扰协调、干扰随机化、慢功控以及干扰消除等。对干扰消除而言, 接收机能够借助多用户检测将相邻小区存在的若干干扰消除掉, 从目前来看, 干扰抵制合并技术主要是以UE多天线接收为基础。
通常情况下干扰随机化技术运用在干扰协调以及干扰消除效果较差的情况下, 此种方式能够把小区间的干扰随机转变为白噪声, 所以也被叫作干扰白化。目前国内重点借助小区加扰来完成干扰随机化, 从此种方法来看, 它能够确保小区间获得最为基本的干扰抑制效果。通常情况下, 干扰协调指的是在调度资源的过程中实施限制, 从而更好地完成小区间协调。此种限制不但能够针对频率/时间等可用资源, 而且也能够针对相同频资源方面。例如, 可以限制不同小区中相关用户的发射功率。它能够在一定程度上减少小区边缘用户中的相关干扰, 而且也可以扩大小区覆盖范围, 或进一步提升小区边缘的数据传输速率。
摘要：学术界从2004年提出了长期演进技术 (LongTermEvolutionLTE) , 迄今为止持续地对其进行完善和发展, 这是通信领域非常前沿的基础技术之一。从它的目标来看, 在于减少系统延时、提升数据传输的速度, 扩大系统容量, 降低运营管理成本以及有效地破解小区边缘覆盖难题。在此过程中它完全能够兼容3G以及4G无线网络。本文论述了LTE无线资源管理中的若干关键技术, 希望能够为相关人员和研究提供有益的参考。
关键词：LTE,无线资源管理,关键技术
参考文献
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无线资源管理 篇10
本文提出了一种基于RAC的改进算法:首先定义RAC为工作于固定频段上的一个通用信道,在此信道上传递无线频谱资源的使用信息。每个认知用户通过侦听RAC信道就可以获知本地无线频谱资源的占用情况。接下来,将RAC上传输的每个分组分成数据域和控制域两个部分,对数据域部分采用基于发射端的扩频码字对其进行扩频,同时还引入了联合检测的思想[8];对控制域部分则分别采用了5种不同的信道接入策略。通过理论分析和数值仿真评估了RAC上的成功接入概率和系统的吞吐量性能。
1 基于RAC的改进算法
对于任一认知用户来说,它必须以对主(授权)用户干扰最小的方式来使用频谱空洞进行伺机通信,因此无线网络资源(频段、时隙等)的有效获取将显得尤为重要。RAC使用了一个公共信道,所有终端都必须等功率地在该RAC上广播各自占用无线资源的情况并可据此获悉剩余的有效资源。通过这种方式,任一认知用户都可以借助RAC上的传输信息来评估它对其他认知用户所造成的干扰。可以看出,采用RAC方式可以使认知用户更为有效、智能地利用无线频谱资源。
为了使操作统一化,RAC需要占用一个固定的信道,同时认知用户接入RAC的方式也必须提前确定下来。另外,为了保持信息的有效性,各认知用户必须周期性地更新RAC上的传输内容。考虑到参考文献[7]给出的RAC上信息分组的结构过于繁琐且不具有操作可行性,本文对此进行了改进。
在改进的RAC算法中,为不失一般性,将RAC的无线传输分组从结构上分为两部分:控制域和数据域。在无线传输环境下,认知用户的数目和它们的拓扑位置随时会发生变化,而且任一认知用户在RAC的传输信息量也将随不同的信道接入方式而改变。这些因素在算法的执行过程中都需要考虑进去。这里,为了更全面地评估系统性能,分组的控制域部分分别采用了5种不同的信道接入协议。如果主(授权)用户有空闲频谱,需要占用此频段的认知用户就会通过控制域的RTS(请求发送)/CTS(确认发送)控制分组在它和主用户之间传递。若RTS/CTS握手成功,则认知用户就可占用此空闲频谱进行信息传输了。分组域部分的数据则是通过扩频码进行扩频传输的,即选用一组PN码构成发射码集,集合中的任意两个元素(码)之间是准正交的,这一点从数学上是可以做到的。然后,将不同的码字分配给不同的认知用户。通过这种码指配方式,认知用户就可以在数据域上同时传送有关各自无线资源占用情况的信息而相互之间的干扰却很小。从上述描述可以看出:控制域只负责主用户与认知用户之间的RTS/CTS握手,当握手成功后,认知用户就可以在数据域上传送有关无线资源占用的相关信息了。
需要指出的是,控制域采用的信道接入方式不同,算法的操作过程也随之不同。下面以CSMA/CA信道接入协议为例进行说明。认知用户首先打开接收机,将其调谐到RAC占用的信道上。当某个认知用户需要占用未授权频段进行信息传输时,它先侦听信道,若控制域状态为“忙”,认知用户将采用二进制指数后退算法延迟发送,直至状态为“空闲”,则在RAC上发送RTS,之后等待接收CTS。当认知用户成功接收到CTS,这就说明握手成功,它就开始传输信息,同时将其接收机调谐到RAC上以侦听其他认知用户发送的无线资源占用情况。
2 性能分析
本节将对认知用户成功接入RAC的概率和系统吞吐量性能进行分析。
考虑一个网络覆盖面积为A的圆形区域,其中均匀分布着N个认知用户。为描述方便,下面统一将认知用户称之为节点。节点的空间分布密度为:
节点接收到的信号功率可表示为:
其中,Pt为发射功率,Gt、Gr分别为发射天线和接收天线增益,λc=c/fc为波长,n为路径损耗指数。同时,为了在RAC上能可靠地侦听到其他节点的信息发布,规定此节点的接收功率必须大于门限值Pthreshold。则任一节点的信号覆盖距离为
因此,在RAC信道上能侦听到可靠发布信息的节点个数m可表示为:
进一步地,定义控制域的时间长度为TC,数据域的时间长度为TD,DC、DD分别为控制域和数据域的比特长度。则在一个周期T内,RAC能支持信息发布的最多的节点数为:
其中,T为RAC上的传输周期,C为RAC的容量(单位为:b/s)。
任一节点成功接入RAC的概率可表示为:
上式给出的是一种理想的接入情况,即节点间不存在碰撞。实际上,当两个以上认知用户同时在RAC的控制域部分发送RTS/CTS控制分组时,将会产生碰撞。下面考虑节点的分组到达率(λ分组/秒)服从泊松分布的情形。
(1)控制域采用Aloha协议,则RTS/CTS成功接入RAC的概率为:
其中,G为网络提供的流量。
(2)控制域采用时隙Aloha协议,则RTS/CTS成功接入RAC的概率为:
(3)控制域采用非坚持-CSMA(载波侦听多址)协议,则RTS/CTS成功接入RAC的概率为:
其中,a为传输时延和分组传输时间的比值。
(4)控制域采用1坚持-CSMA协议,则RTS/CTS成功接入RAC的概率为:
(5)控制域采用CSMA/CA(载波侦听多址/冲突避免)协议,则RTS/CTS成功接入RAC的概率为:
定义联合检测分组的容量为K。即,由于扩频码多址干扰的影响,在给定的时间内只允许不超过K个分组共存。泊松分布的情形下,在2DD的时间内,不超过K个分组共存的概率为:
针对控制域部分采用的5种信道接入策略,则系统吞吐量分别为:
3 数值仿真与结果分析
为了对改进的RAC算法进行性能仿真,给出仿真参数如表1所示[7]。
图1给出了发射功率对成功接入RAC概率的影响。从图中可以看出:当数据域和控制域的长度比值f取值较小时,节点成功接入RAC的概率较大。同时还可看出:随着发射功率的增加,节点成功接入RAC的概率较小,即系统性能迅速恶化。
图2显示了RAC上的传输周期对其接入概率的影响。可以明显地看出:当f取值较小时,增加RAC传输周期时长将会大大改善节点成功接入RAC的性能。
图3和图4分别表示在不同的分组联合检测容量下,以分组长度计的吞吐量和分组到达率之间的关系。对比两图可看出:吞吐量随着联合检测容量的增加而增加。这是因为,联合检测容量的增加意味着允许更多的认知用户节点可同时在数据域进行传输。同时还可看出:随着控制域所采取的信道接入协议的不同,吞吐量也有很大区别。当控制域采用CSMA/CA协议时,系统吞吐量性能为最优。
本文提出了一种改进的RAC资源管理算法。仿真结果表明:当给定节点的发射功率时,随着数据域和控制域长度比值的减小以及RAC上传输周期的增加,节点成功接入RAC的概率会随之提高。同时吞吐量性能将随着分组联合检测容量的增加而得到较好的改善。未来的无线移动通信系统将由多种不同性质的异构网络融合而成。文中的算法对于解决异构网络融合时的无线资源管理问题提供了一种切实可行的思路。
摘要：提出了一种基于资源认知信道的接入算法,可用于认知无线电环境下的无线资源管理。对资源认知信道上传输的每个分组——数据域部分采用了基于联合检测的扩频码,而控制域部分则分别采用了5种不同的信道接入协议。分析并仿真了认知用户在资源认知信道上的成功接入概率以及吞吐量性能。
关键词：认知无线电,资源认知信道,资源管理,接入概率,吞吐量
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高校无线校园网络安全管理方案 篇11
关键词：无线校园网 网络安全 访问控制 数据加密 行为审计
无线局域网（Wireless Local Area Network，简称WLAN）是指以无线信道为传输媒介来实现网络设备之间的通信，其传输媒介不再是传统的电缆、光缆，而是利用无线电波、激光、红外线等方式进行传输，是将无线通信技术与计算机网络技术结合的产物。随着信息技术和无线网络技术的发展，无线校园网已经在各大高校投入建设，使得高校无线校园网成为校园网络的主力军和新生代。伴着无线校园网的使用，校园网的安全问题也随之增多，不但有线校园网的安全问题在无线校园网中有所体现，还因为信息通过无线电磁波进行传送，造成无线校园网容易遭受干扰和窃听等安全问题。无线校园网络安全问题也随之被大家重视起来。
一、高校无线校园网存在的安全问题
（一）网络使用管理
高校网络资源的最大受益者就是学生，因为无线校园网使用便捷的优点，学生可以通过手机、电脑等随时随地的进行网络连接，由此产生的问题也油然而生。例如，洛阳理工学院教室内专设手机收纳袋，欲戒除学生“手机瘾”，防止学生上课不听讲低头上网，变成“低头一族”。在正常休息时段，有学生不顾疲倦依然利用网络玩游戏、看电影等，不但本人不能休息还会影响其他同学的正常休息，影响第二天的学习、生活。另外，由于年轻人好奇心强，责任感较弱，容易通过校园网络在BBS或者微信等平台发表或者转发不当言论或者谣言。更有甚者经不住诱惑浏览色情网站，被坏人利用，做出违法犯罪的事情，造成严重后果。
（二）用户身份认证
由于无线校园网开放性这一特点，登陆无线校园网的用户身份就容易被非法的、未授权的用户篡改或者盗用。此类非法入侵用户通过获取SSID等技术手段，伪装成合法用户进入校园网。轻者盗用校园网络资源，重者篡改学校各类数据信息，更有甚者会窃取考试试卷、科研成果、篡改学生成绩等。25岁的普渡大学留学生孙超然被判处四年有期徒刑，罪名就是侵入教授的计算机篡改他和其他学生的成绩，这类问题会给高校校园网带来极大的安全隐患。
（三）密码破译
一般无线网络使用无线加密协议WEP，WEP是有线等效保密算法，这是一种常见的安全对等加密技术。WEP使用一个共享的密钥对数据进行加密，主要用来防止非法用户侵入或窃听无线网络，其密钥长度最高为128位，当输入的密钥和AP保存的密钥一致时，允许用户登陆网络使用无线网络资源。但是此类加密协议已经可以通过一些非法的程序对密码进行分析、破解。通过非法途径可以获得授权，从而使非法入侵者进入校园网。因此，加密技术的换代、升级问题也显得尤为重要和迫切。
（四）设备安全
设备方面主要是AP的问题，由于无线AP可能置于外部环境，有可能发生雨水浸透、雷电击坏、盗损等情况。因此一些外部AP需要合理安放位置，防止人为破坏导致AP失联，必要时可以加装监控设备或者报警装置确保设备正常运行。另外，一些不法分子还有可能增加一些伪基站接入无线校园网，从而窃取登陆者的各类信息，造成网络安全问题。因此，无线网络设备必须进行统一管理，利用管理平台进行设备运行状态登记，并对网络异常问题进行及时发现、分析和解决，确保无线校园网络设备安全。
（五）网络攻击
当不法分子或者黑客通过无线校园网入侵进入校园网后，就会对校内网络资源、各类服务器或者系统进行破坏，甚至导致学校主页无法访问，服务器瘫痪，向校园网内计算机传送电脑病毒、木马程序等，造成校内大面积计算机瘫痪，导致出现合法用户无法使用校内网络资源的严重安全问题。
二、高校无线校园网安全管理方案
对于高校无线校园网存在的问题，解决问题的方法就显得尤为重要，一般都体现在访问控制、数据加密、行为审计等几个方面。
（一）访问控制
1.服务集标识符（SSID）匹配。当用户接入无线校园网时，无线接入端与无线接入点（AP）的SSID必须相同，才能与AP进行连接。SSID技术可以为无线校园网划分多个不同的子网，可以将各类用户划分管理，例如教职工、学生、临时用户的SSID均不同，这样便于控制各类用户访问无线校园网络资源的权限，禁止未被授权的用户访问权限以外的校内资源。从而使校园网数据资源仅供有权用户访问，达到访问限制的目的。
2.无线网卡物理地址（MAC）过滤。由于每一个无线网卡的物理地址都是全球唯一标识，因此加强对物理地址的管理和筛选就能够达到管理访问无线校园网络设备的目的。连接无线校园网时，如若设备的无线网卡物理地址在允许的MAC地址表单中，则允许登陆网络，否则不允许登陆网络。另外，可以将部分不合法用户的物理地址添加至禁止的MAC地址表单中，达到访问控制的效果。由于现有无线连接设备的增多，让所有合法用户的物理地址全部添加至允许的MAC地址表单的做法并不现实，该方法较适合在教室、会议室等设备相对固定的区域进行合理的设置。
3.身份统一认证。无线校园网的身份认证采用IEEE802.1x的认证技术来解决无线校园网中的安全性问题。IEEE802.1x协议的体系结构包括三个重要的部分：客户端、认证系统和认证服务器。认证系统和有线校园网的认证系统捆绑，用户既可以通过有线接入校园网亦可以通过无线接入校园网。身份认证既可以是客户端也可以是Web+Portal的方式。用户使用客户端登陆实名账号和密码，通过AP发送到Radius服务器上双向认证，完成用户无线校园网的连接。IEEE802.1x身份认证的主要优点是采用了双向的认证过程，提高了无线校园网的安全性。使用Web+Portal方式进行认证可以很好地处理用户终端的兼容问题。要注意，在有线和无线接入以及客户端和Web+Portal接入方式的计费时要结合起来，确保认证一次，防止用户在使用网络时重复计费的问题发生，增强校园网的利用率。
（二）数据加密
Wi-Fi网络安全接入（WPA）是一种基于标准的可互操作的WLAN安全性增强解决方案，是继承了WEP基本原理而又解决了WEP缺点的一种新技术。由于WPA的密钥根据服务器自动分发，因此该加密方式解决了WEP的缺点，提高了数据加密安全保护和访问认证控制，加强了无线网络的管理。使得无线校园网络更加安全不容易被非法入侵。此外，WPA技术是标准的网络接入方案，在现有的无线校园网的硬件设备上升级简便，兼容性也更强。
（三）行为审计
通过网络安全审计系统，添加有效的访问控制策略，对接入无线校园网的行为进行审计，形成统计、分析报表。对流量进行分析和合理控制，设置访问流量的控制策略。根据网络使用的频率规划、升级无线校园网部署。对统计报表的数据进行挖掘，分析网络安全存在的问题，进一步提升无线校园网的服务效率，确保无线校园网安全管理。
无线网络技术的发展正推进着无线校园网络的建设，为了利用无线网络技术达到用户高效使用校园网的目的，无线校园网的安全问题不容忽视。积极探索无线校园网安全技术，提高无线校园网的使用效率，使数字化校园和信息化建设的脚步更快更稳健的向前推进。
参考文献：
[1]厉延民.试论无线校园网的设计与实施.2011（11）：25.
[2]群诺.试论无线校园网设计方案——以西藏大学老校区为例[J].2013，（2）：58-63.
[3]梁竞敏.无线网安全技术的研究[J].计算机与数字工程2008（6）：133-135.
作者简介：
高竹（1982— ），女，宁夏固原人，助教，硕士，研究方向：计算机网络。
基金项目：宁夏师范学院科研项目（YB201444）
无线资源管理 篇12
笔者发现现有专利申请是基于传统类型的协议进行的多个分支的改进, 经过专利统计归纳, 无线传感器网络中基于节点资源的通信路由研究主要分为以下四个技术分支, 均衡网络能耗的路由、分簇及簇首选择的路由、降低时延的路由、安全可信的路由。
1.1.均衡网络能耗的路由分支
由于我国关于无线传感器网络的研究起步在2009年左右, 所以无线传感网路由方面的研究也是如此, 利尔达科技有限公司在2010年提出了一种基于连接的无线传感器网络扩散路由算法, 申请号为CN201010204302。
随后高等院校也开始这方面的申请, 比如有东南大学申请号为CN201210052390、南京大学申请号为CN201210398925的专利申请, 并且南京大学的该申请是在分簇网络的基础之上考虑了能量均衡, 有效地延长了网络生存时间。
在大量的高等院校和公司的申请同时, 也有踊跃的个人申请, 比如贺静个人在2012年提出了一种面向无线传感网的能量高效洪泛方法, 申请号为CN201210510337, 具体涉及一种在无线传感器网络中利用局部范围节点能量次序信息, 实现广播树构造方法, 使得均衡使用节点能量。
1.2分簇及簇首选择的路由分支
对于该分支, 本领域技术人员关注如何在无线传感器网络中更合理的分簇以及利用选择的簇首进行高效的路由。在2012年, 中国联合网络通信集团有限公司就如何利用簇首节点进行路由的建立, 提出专利申请号为CN201210116856的申请。
随后, 国内的科研院校陆续申请了关于更多兼顾网络多种性能的簇首选择路由算法, 比如, 中国科学院信息工程研究所, 考虑了在进行高效路由时如何更好的选择簇首节点并兼顾均衡网络能耗, 提出了申请号为CN201210333412的申请。
对于后续的申请量, 公司申请也在陆续增加, 比如中国联合网络通信集团有限公司又继续针对兼顾网络节点的状态进行基于簇首的路由算法进行了研究并申请了专利, 申请号为CN201310633716。
在2012年至2014年, 出现了大量的分簇及簇首选择的路由分支的专利申请, 国内主要申请人为高等院校与少数公司, 比如北京邮电大学、南京邮电大学、上海交通大学以及华为技术有限公司、中国联合网络通信集团有限公司, 国外主要申请人为富士通株式会社、北电网络有限公司、英特尔公司。
1.3降低时延的路由分支
无线传感器网络的某些应用通常对网络的实时性都有较高的要求, 因此, 在降低时延的路由分支在2010年以来陆续出现了许多专利申请, 但是较于分簇及簇首选择的路由分支, 该分支的申请量还是处于弱势。
并且该分支的专利申请量较为集中在高等院校, 比如宁波城市职业技术学院提出了申请号为CN 201010543262, 发明名称为“一种用于无线传感器网络的实时通信路由方法”的专利申请, 并已经授权。
分析该分支专利申请量较少的原因为, 在其他分支的专利申请多少都涵盖了时延的考虑, 因此, 通过去重之后的统计分析该技术分支的申请量表现较少, 实际上, 涉及到时延的路由专利申请量比较多, 几乎占据整个无线传感器网络路由的一半以上。
1.4安全可信的路由分支
无线传感器网络建立安全可信的路由是本领域技术人员关注的重要分支, 从2011年开始, 逐渐有比较成熟的专利申请, 并且大多数申请人涉及高等院校, 比如在2012年, 申请人重庆邮电大学, 提出了基于动态探测的无线传感器网络安全路由的方法, 该发明采用逐点验证的方式, 显著提高路由安全性, 同时显著减少能耗。
2013年山东大学提出一种基于拓扑结构的无线传感网络的新型信任管理系统的信任路由算法, 申请号为CN201310148141, 它考虑节点安全性对路由选择的影响, 依据节点的可信度是否满足约束条件来形成有效路径, 更好地保证无线数据通信的安全。
在2013年至2014年涌现了大量的院校申请人, 比如中国人民解放军理工大学、西北工业大学等对该分支的路由申请了相关专利。
二、无线传感器网络中基于无线节点资源的通信路由研究的技术分支发展态势
国内无线传感器网络中基于无线节点资源的通信路由研究中上述4种技术分支的专利申请趋势如图1所示。
从图1可以看到, 对于均衡网络能耗的路由分支在2008年开始至2014年, 连续有较多的申请量, 数量最多的集中在2010年至2014年, 可见在随着无线传感器网络研究的起步, 该技术分支不断得到技术人员的研究与申请。
分簇及簇首选择的路由分支在整个无线传感器网络路由专利申请量中占有重要的比例, 表明适合于无线传感器网络的分簇结构, 是该技术领域较为常用的网络结构, 因此基于该网络结构的路由研发分支一直是本领域申请人较为关注和投入精力较多的技术分支。
降低时延的路由分支在2005年至2014年, 每年都持续有申请量, 表明该技术分支一直是本领域技术人员关注的领域, 尽管每年的申请量不多, 但是集中在2011年至2013年, 申请人加大了该分支的研究与申请, 表明该技术分支渐渐成为申请人的重点关注。
安全可信的路由分支在整体的申请量上还不是很多, 技术还不够成熟, 但是申请量渐渐集中在2012至2013年, 引起了申请人的注意, 可能成为今后几年的申请重点分支, 可以作为后续专利申请分析的关注方向。
参考文献