家庭基站系统中QoS保证技术研究

【摘要】家庭基站是一种部署在室内的小型、低功率蜂窝基站。其结构简单，基于IP协议，通常使用有线宽带接入移动通信系统核心网。家庭基站成本低廉，同时具有即插即用的特点，用户无需进行手动配置，即可实现室内高速无线的无缝覆盖。由于家庭基站网络与宏基站网络使用相同的授权频段，因此采用认知无线电的思想实现家庭基站网络QoS保证，成为目前的研究热点。随着家庭基站网络的逐渐部署及室内多媒体应用的不断普及，大量数据流势必对核心网传输能力和数据处理能力带来巨大的挑战。为了提高路由效率，减小不必要的传输费用，3GPP基于家庭基站提出本地IP接入（LIPA）和选择性IP流量卸载（SIPTO）两种核心网流量卸载技术。两者思想及功能基本相同，用户平面，用户设备（UE）数据无需经过移动核心网，直接通过家庭基站/本地网关进入局域网或者互联网。该技术实现了用户平面扁平化，提高了数据路由效率，同时降低了数据传输费用。更重要的是，LIPA/SIPTO技术的实现为新的室内无线通信场景下的增值应用提供了可能。本文以家庭基站网络为背景，在深入研究国内外家庭基站系统网络QoS保证技术的基础上，从家庭基站系统QoS保证性能分析和家庭基站系统QoS保证核心网流量卸载两个研究热点出发，旨在实现家庭基站系统接入层和核心层QoS保证。为满足认知家庭基站系统中次级用户（SU）实时业务QoS需求，本文采用三维连续时间马尔科夫链模型（CTMC）模型建模，研究了预留信道对SU的阻塞率、掉话率等QoS指标的影响。在进行三维CTMC建模过程中，将SU业务分为实时业务和非实时业务，在对授权频谱使用方面，主用户（PU）对SU不再具有绝对优先权。同时，针对采用三维CTMC建模求解困难的问题，采用一种近似的求解方法，大大降低了计算难度。仿真结果表明信道预留方法能够有效地降低SU实时业务的掉话率，提高SUQoS感知。但同时会造成SU实时业务和非实时业务阻塞率的提高。考虑到用户通信行为在地理位置上呈现概率区域性特征，在传统核心网流量卸载方法（TTO）的基础上，为进一步提高核心网流量卸载，提出一种家庭基站系统中QoS保证核心网流量卸载方法（QPTO）。为实现用户业务QoS保证，家庭基站根据用户业务请求信息判断业务类型。当用户发起业务请求，核心网可靠网元根据请求信息和当前网络环境信息，决定数据流方向。仿真结果表明，采用QPTO方法核心网流量卸载比例随着网络负载提高而减小，较TTO方法核心网卸载比例至少提高了15%，区域业务时延比TTO方法降低了20ms/MB。
【作者】张阁；
【导师】石文孝；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】家庭基站网络；认知无线电；QoS；CTMC；核心网卸载；

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