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随着各种无线接入技术的研究与发展,未来的无线通信网络将会是基于多种无线网络并存与融合的异构无线网络。同时,多媒体业务由于其自身的可扩展性,也将得到广泛应用,并成为异构无线网络中的最重要业务类型之一。然而,异构无线网络的资源管理策略复杂,用户规模非常大,多媒体业务的资源分布广泛,服务质量指标多样,流量负载不均衡,给异构无线网络中多媒体业务在资源查找阶段,业务接入阶段和传输阶段的可靠性、有效性,都带来了挑战。本论文针对多媒体业务在异构无线网络中应用时,在不同阶段可能遇到的部分关键问题进行了分析,对P2P资源查找协议,频谱资源共享调度算法,接入网络选择,以及广播多播机制进行了相关研究,提出了相应的创新性解决机制,并通过理论分析和仿真实验证明了研究成果能够有效提升多媒体业务在异构无线网络中服务质量。本论文的主要研究内容和贡献包括三个方面,总结如下：1.提出了适用于无线自组织网络的跨层优化P2P资源查找协议。首先,分析了现有的结构化P2P资源查找协议及其在无线自组织网络中的应用,发现由于无线节点的移动性,P2P覆盖网可能分裂为若干独立的部分,并且无法融合,形成分裂P2P覆盖网问题,影响了P2P资源查找协议的可靠性；同时,P2P覆盖网中的P2P逻辑邻居节点和网络层的拓扑邻居节点之间存在着拓扑失匹配现象,会导致多媒体资源查找请求在网络层出现环状路由,形成查找路由失匹配问题,降低了P2P资源查找协议的有效性。因此,提出了跨层优化P2P覆盖网(Cross-layer optimized Structured P2P, CoSP)架构,获取路由层的拓扑邻居节点信息,为提高P2P资源查找协议的可靠性和有效性提供基础。第二,在CoSP架构下,以Chord协议为例,详细描述了分裂P2P覆盖网检测与融合(Separate Logic ring Detection and Convergence，SLDC)算法,利用拓扑邻居节点信息,及时发现无线自组织网络中的分裂P2P覆盖网,然后对分裂P2P覆盖网进行融合。通过理论分析与仿真实验证明了SLDC算法能够有效提高P2P资源查找协议的可靠性；第三,在CoSP架构下,以Chord协议为例,详细描述了查找路由失匹配缓解(Query Routing Mismatch Alleviation algorithm, QRMA)算法,利用拓扑邻居节点信息,在查找请求传递的过程中寻找更适合的替代下一跳(Alternative Next Hop, ANH)节点,避免出现环状路由。通过理论分析,讨论了ANH节点的出现概率和影响因素,并由仿真实验证明了QRMA算法能够明显提高P2P资源查找协议的有效性。2.提出了在异构无线网络中的主动性频谱资源共享调度算法和接入网络选择算法。首先,分析了现有的异构无线网络频谱资源管理策略,发现难以适应多媒体业务流量分布不均衡的特点,降低了系统的频谱资源利用率。因此,建立了基于感知无线技术和频谱池技术的异构无线网络架构,通过联合无线资源管理单元,对网络中的空闲频潜资源进行集中管理。在此架构下,设计了多媒体业务传输速率预测(Multimedia Traffic Rate Prediction, MTRP)模型,通过学习多媒体业务流量统计信息,对未来一定时间内的多媒体业务传输速率进行预测,为主动适应多媒体业务流量负载分布的变化提供基础。第二.提出了具有业务感知的主动性频谱资源共享调度(Service-aware Proactive Spectrum Sharing, SPSS)算法,根据MTRP模型的预测结果,预估各无线网络的频谱资源使用状态,设计具有业务感知的系统效益优化目标函数,优化频谱资源共享调度决策。通过仿真实验证明,SPSS算法能够有效提高异构无线网络的频谱资源利用率和多媒体业务接入率,降低接入时延。第三.提出了具有业务感知的主动性垂直切换(Service-aware Proactive Vertical Handover, SPVH)算法,根据MTRP模型的预测结果,预估各候选接入网络的负载状态,设计具有业务感知的接入决策效益优化目标函数,优化接入网络选择。通过仿真实验证明,SPVH算法能够有效提高异构无线网络的频谱资源利用率和多媒体业务接入率,降低接入时延。3.提出了基于优化调制方案集的多媒体业务分层广播多播机制。首先,分析了现有多媒体广播多播机制在实际应用中,由于用户信道状态差异性,只能选择较低的传输速率,降低了异构无线网络中的频谱效率。因此,提出了一种频谱高效分层多播广播(Spectral efficient Layered Broadcast/Multicast, SLBM)机制,通过分层调制编码技术,将业务数据分层并调制在传输符号的不同层次中,用户可以根据自身信道条件,成功解调一层至数层的数据信息,实现不同传输速率。第二,定义了调制方案的概念,对调制方案在分层广播多播机制中的频谱效率进行分析,并设计了系统优化目标函数。第三,提出了增强调制方案和基础调制方案的概念,分析了其计算方法；在此基础上,定义了优化调制方案集的概念,并设计了其计算算法。对优化调制方案集的有效性进行了理论分析,证明了优化调制方案集在具有有限数目候选调制方案的前提下,能够确保获得最高系统性能。第四,提出了基于马尔科夫预测模型的分层调制方案选择算法(Layered Modulation Solution Selection algorithm，LMSS)，能够从优化调制方案集中有效地选择最优调制方案,确定优化调制参数。最后,通过仿真实验证明了本论文提出的基于优化调制方案集的频谱高效分层广播多播算法能够在保证多媒体业务公平性的基础上,有效提高网络频谱效率,提升多媒体业务的服务质量。