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文檔簡介
1、在技術進步、市場競爭和需求擴張的共同作用下,無線通信網絡在服務質量、網絡容量、傳輸速率等方面都發(fā)展迅速。在傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)更新換代的同時,新型無線接入技術不斷涌現,無線通信網絡正在朝著接入方式多樣化、數據傳輸高速化、普遍移動性和全IP融合的方向發(fā)展,最終將形成無所不包、無所不在、無所不能的下一代無線網絡。下一代無線網絡融合了各種體制的移動網絡和互聯網,支持移動終端在各種異質網絡之間的無縫切換和漫游,支持多跳自組織、協(xié)同中繼等分布式接入方
2、式,能夠提供豐富的基于的IP的各種業(yè)務。然而,由于無線資源稀缺寶貴、無線信道動態(tài)時變、無線媒介競爭共享,為實現高效、可靠、安全的下一代無線網絡,還有很多亟待解決的問題,比如,如何協(xié)調各無線網絡的資源管理,如何保持用戶最佳的網絡連接,如何實現業(yè)務的無縫平滑切換,如何選擇最優(yōu)的中繼節(jié)點,如何選擇高效的路由等。本論文研究跨層設計機制在下一代無線網絡中的應用,通過網絡協(xié)議棧各層協(xié)議之間的互相協(xié)調配合,提高無線網絡的整體性能和效率。論文圍繞無線網
3、絡的跨層設計機制,研究了異構融合網絡跨層無線資源管理機制,協(xié)同中繼網絡跨層最優(yōu)中繼節(jié)點選擇算法,多跳自組織網絡跨層路由設計,主要工作如下。
對無線網絡的發(fā)展與演進進行了總結,對下一代無線網絡的特點、面臨的問題及研究現狀進行了深入的分析、整理和歸納,對TCP/IP協(xié)議棧各層在下一代無線網絡中的跨層設計思想和方法作了總結,分析了跨層設計的原則和網絡性能的改進方法。
提出了異構融合網絡協(xié)同無線資源管理方案,從整體考
4、慮異構多接入網絡無線資源的角度出發(fā),對異構網絡中具有不同特性的接入網絡進行聯合的接入控制和資源調度,在滿足業(yè)務需求的基礎上實現異構網絡資源利用率的最大化?;诓呗缘馁Y源分配算法使得運營商和網絡供應商能夠靈活分配和動態(tài)調整無線傳輸部分和網絡的可用資源,將商業(yè)策略與整體網絡的運作關聯起來。采用層次分析法的網絡選擇機制,綜合考慮用戶偏好、業(yè)務特性和網絡狀況,在任何環(huán)境下為用戶提供最佳連接。協(xié)同傳輸與分組調度機制,根據物理層提供的各無線接口的傳
5、輸性能參數以及應用層提供的業(yè)務QoS需求參數,對來自不同業(yè)務的分組進行統(tǒng)一調度,提高傳輸性能。基于二層觸發(fā)機制的自適應垂直切換方案,通過物理層參數的提取優(yōu)化垂直切換流程,并根據鏈路層提供的切換前后的帶寬信息,改變TCP的狀態(tài)變量,優(yōu)化TCP性能,有效地利用垂直切換后突變的網絡資源。
提出了一種能量高效的最優(yōu)中繼節(jié)點選擇算法,把移動時變網絡中最優(yōu)中繼選擇問題建模為隨機控制理論中的Restless Multi-armedBan
6、dit求最優(yōu)解的問題。采用一階有限狀態(tài)馬爾可夫信道(FSMC)模型來描述無線移動環(huán)境下物理信道的隨機時變特性;把中繼節(jié)點剩余能量狀態(tài)劃分為不同級別,建立馬爾可夫鏈模型;所有節(jié)點采用自適應調制編碼(AMC)機制,以提高在衰落信道下的頻譜效率;為達到能量高效的目的,選擇中繼節(jié)點時同時考慮轉發(fā)數據包需要消耗的能量和各中繼節(jié)點能量均衡消耗;系統(tǒng)根據各中繼節(jié)點當前時刻所處的無線信道狀態(tài)和能量狀態(tài)以及狀態(tài)轉移概率,為下一個數據幀選擇一個統(tǒng)計最優(yōu)中繼
7、。通過仿真分析,證明了該算法能夠降低誤碼率、提高頻譜效率、延長網絡生存時間。
分析了協(xié)同中繼網絡中端到端的TCP吞吐量,采用跨層設計方法進行中繼節(jié)點選擇和鏈路層參數調整達到優(yōu)化TCP性能的目的。把移動時變網絡中跨層TCP性能優(yōu)化問題建模為隨機控制理論中的Restless Multi-armed Bandit求最優(yōu)解的問題。通過線性規(guī)劃放寬(Linear Programming Relaxation)和原始雙重索引啟發(fā)(Pr
8、imal-DualIndex Heuristic)計算得到的中繼選擇策略具有索引特性(IndexabilityProperty),最優(yōu)策略就是每個時隙選擇優(yōu)先權索引值(Priority-Index)最小的中繼節(jié)點,優(yōu)先權索引值能在離線(off-line)狀態(tài)計算并存儲在索引表(index table)中,因而能顯著的降低在線(on-line)運算量和實施復雜度;網絡不需要中心控制節(jié)點,該方法以分布式方式運行,每個中繼節(jié)點都可以隨時加入或
9、者離開候選集合。通過仿真分析了在不同物理層參數和鏈路層參數下的性能,仿真結果表明提出的方案能夠顯著的提高TCP吞吐量。
提出了一種基于功率控制的高速率路由選擇方案,采用了跨層設計思想,節(jié)點建立路由時以物理層數據傳輸速率作為度量值。提出的選擇速率方法是通過調整發(fā)射功率實現的,先以最小功率發(fā)現路由,如果失敗則增大一級發(fā)射功率,直到與發(fā)送數據時的發(fā)射功率相等。仿真結果表明,該方案能夠獲得較高的系統(tǒng)吞吐量、較小的傳輸時延,并且能夠
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