具有QoS保證的寬帶無線接入系統多媒體業(yè)務自適應調度.pdf

1、近些年來，高速因特網接入，多媒體服務應用的快速發(fā)展，以及這些應用需求無處不在的特性(尤其是特殊應用領域)，使得寬帶無線接入(BWA)通信的需求大幅增加。目前，已出現了諸如IEEE802．11，IEEE802．16以及IEEE802．20的寬帶無線網絡，以滿足快速增長的無線接入需求。然而，寬帶無線接入中存在一個重要的難題，即如何為各類需要不同服務質量(QoS)保證的業(yè)務提供要求的服務。業(yè)界普遍認為，調度控制算法在寬帶無線接入網絡內的QoS

2、結構中起了至關重要的作用。所以，如何設計有效的調度控制算法是寬帶無線接入網絡研究的關鍵技術之一。本博士論文主要致力于研究自適應調度控制算法，以便對諸如IEEE802．11和IEEE802．16．等的無線網絡內的多媒體業(yè)務提供要求的QOS保證。 首先，本文提出了一種無線局域網中基于競爭的介質接入過程中的動態(tài)QoS保障機制。在動態(tài)業(yè)務流優(yōu)先級和傳輸時延估計的基礎上，此保障機制不僅有更好的吞吐率和丟包率表現，并能使得這些參數在某個時間

3、尺度下的變化范圍更窄。除此之外，在不犧牲低優(yōu)先級業(yè)務的前提下，與基于固定優(yōu)先級的方法相比，這種機制提供了用戶之間更好的公平介質共享，并大幅改善了系統性能。 由于眾多多媒體應用都有變化的比特率特征，因此設計實現一個有效的調度控制算法便成為了IEEE802．11e內基于輪詢的介質接入過程中的一個挑戰(zhàn)。在IEEE802．11e標準草案中提及的簡單調度控制算法無法滿足該業(yè)務所需要的QoS保證。所以，本文提出了一種新的與自適應傳輸機會相關

4、的針對無競爭介質接入過程的業(yè)務調度控制算法并對其性能進行了評估。與文獻中提到的現有的主流調度算法相比，本文提出的新的調度算法在吞吐率和時延性能上獲得了極大的改善。根據實隊列的大小和預測隊列大小，使用動態(tài)的帶寬選擇，可以降低固定傳輸機會引入的帶寬浪費。 然后，本文提出了一種新的優(yōu)先級分析模型，此模型可用于分析并增強指定QoS要求下的混合協調函數控制信道接入(HCCA)的性能。此模型同時也提供了高優(yōu)先級和低優(yōu)先級的數據包之間的差異服

5、務。在這種模型中，節(jié)點是按照1/k相位分布(PH)馬爾可夫到達過程(MAP)中的非搶占式包含空閑的優(yōu)先級隊列進行建模的。此外，通過在數據包到達模型中使用一個MAP，以及在服務和空閑過程和隊列優(yōu)先級模型中使用PH分布，可以使理論分析容易處理。 接著，本文對提出的隊列模型進行了擴展。該模型支持采用自適應調制和編碼(AMC)的多速率非理想信道，而AMC在無線網絡中是增加有效傳輸率的關鍵技術。為了對系統性能進行分析，本文采用了有限狀態(tài)的

6、馬爾可夫鏈并將其節(jié)點視作有空閑和時限的MAP/PH/1隊列。提出了一個新的定義在服務期間的稱作無傳輸期的概念，它使服務器在傳輸信道惡劣時停止數據包傳輸。通過使用強大的矩陣幾何方法，可以獲得平穩(wěn)系統狀態(tài)概率分布。論文還給出了優(yōu)化后的性能測試方法，以獲得最好的跨層設計參數。 為了在WiMAX環(huán)境中為分類業(yè)務流提供QoS保證，并在用戶之間實現可用帶寬的公平分配，本文提出了一個基于一種信用前提公平隊列算法的雙層信道感知調度控制算法。提出

7、的算法在無線鏈路層中實現了一種無錯、基于信用前提、聯合AMC的多速率介質中的公平隊列。此調度控制機制適用于WiMAX環(huán)境中定義的兩個場景。首先，此種調度機制適用于點對多點的場景，作者在多類業(yè)務和信道條件下對此調度控制機制進行了研究。接下來，通過擴展此調度機制，使其適用于Mesh節(jié)點的中心調度控制場景，在此場景下某些用戶可以在離基站兩跳以上距離的情況下得到定位。論文還對系統的公平服務及時間介質接入性能進行了評估。仿真結果表明，兩種場景下的