適用于分析WLAN與UMTS網(wǎng)絡(luò)(3G-4G)間的垂直切換性能的Qos控制方案實現(xiàn).pdf

1、通常，無線域網(wǎng)提供的帶寬較高，覆蓋范圍較小，而蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供的帶寬較小，覆蓋范圍較大。目前發(fā)展趨勢表明以3G標準為基礎(chǔ)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)（WLANs）共同為終端用戶提供多媒體服務(wù)。然而，當用戶在這些異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間移動的時候，他們必須能夠根據(jù)資源的可用性及QoS要求不需要用戶的干預而能夠自動而且透明地從一種接入技術(shù)切換到另一種接入技術(shù)（如：從802.11網(wǎng)絡(luò)到3G或4G網(wǎng)絡(luò)）。上述兩種網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)稱為垂直切換。特別指出，垂直切換是指

2、為了保持通信不中斷而自動從一種接入技術(shù)轉(zhuǎn)換到另一種接入技術(shù)。與在使用同一技術(shù)的不同無線接入點之間的橫向切換不同點在于：垂直切換包括改變接入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層。
　　本文主要包括三方面的研究。第一，我們借助建模工具OPNET9.1提出了一個算法來提高WLAN連接性能。第二，我們?yōu)?G網(wǎng)絡(luò)和WLAN提出了一個整體架構(gòu)。最后，本文實現(xiàn)了QoS的控制方案的組件，并且我們使用OPNET11.5仿真了通過本文的QoS控制方案連接起來的WLAN和

3、UMTS（3G/4G）網(wǎng)絡(luò)，著重分析了實驗數(shù)據(jù)。
　　在本文中，為體現(xiàn)本文的貢獻，我們首先回顧了WLAN的歷史，然后敘述了蜂窩通信從第一臺電話的發(fā)明到蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信采用的最新技術(shù)（4G）之間的發(fā)展歷史，同時也敘述了一些新興技術(shù)，我們在通過對本文的最重要部分--垂直切換做出定義而對其進行了介紹。
　　其次，我們概述了作為我們研究的重要組成部分的WLAN技術(shù)，在這章中，我首先闡述了WLAN的架構(gòu)，然后我們描述了無線局域網(wǎng)的各個組成

4、部分、各種工作模式以及各種拓撲結(jié)構(gòu)。我們介紹了無線局域網(wǎng)的優(yōu)點以及運用于WLAN的各種協(xié)議。根據(jù)考慮到的協(xié)議之間的多樣性，我們指出IEEE802.11b是最流行的無線局域網(wǎng)協(xié)議，而且術(shù)語WiFi（WirelessFidelity）最初就是為這個協(xié)議而引入的，但是后來這個術(shù)語是指包括802.11a、802.11b在內(nèi)的任何一種802.11網(wǎng)絡(luò)。在同一章中，我們指出雖然WLAN的產(chǎn)品應(yīng)用廣泛、成本低，但是在無線網(wǎng)絡(luò)中使用的電磁信號帶來了黑客

5、入侵的風險。最后，在本章中，對無線局域網(wǎng)的評估和改進進行了分析，從而提出作為無線局域網(wǎng)的性能指標的主要網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。然后借助先進的建模工具OPNET9.1提出了一種算法來改進WLAN連接的性能。OPNET仿真結(jié)果顯示提高數(shù)據(jù)率可以優(yōu)化無線局域網(wǎng)的性能提高數(shù)據(jù)率可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、媒介訪問時延以及和重傳次數(shù)。仿真結(jié)果也顯示幀的分割上限非常有利于無線局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸。在第三章中，如：
　　，我們像以前介紹WLAN一樣簡介了蜂窩網(wǎng)絡(luò)（U

6、MTS）。UMTS也是我們研究內(nèi)容中的關(guān)鍵部分，在垂直切換中發(fā)揮了重要作用。與其它解決方案相比，蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供了很多優(yōu)點（如：容量更大、能耗更低、覆蓋區(qū)域更大）。UMTS系統(tǒng)與GRPS使用相同的核心網(wǎng)絡(luò)以及全新的無線信號接口。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)有很多局限，而且安全問題在UMTs中仍然很嚴重，因為蜂窩網(wǎng)絡(luò)也很容易遭到攻擊。3G和4G安全架構(gòu)具有身份認證、安全性及完整性等特點。另外WAP協(xié)議使用TLS、WTLS、SSL等網(wǎng)絡(luò)安全層為

7、HTTP通信提供了一個安全通道。雖然UMTS具有很好的安全性，但是不斷有新安全問題出現(xiàn)，而且研究人員也積極地不斷為這些問題尋找新的、更好的解決方案。
　　在第四章中，我們提出了一個完美地整合WLAN和UMTS的算法，我們通過三種方法描述了評價UTMS、WLAN的互聯(lián)性能時涉及的主要問題。移動IP方法是最容易的調(diào)度策略或?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連的協(xié)議標準。WLAN/UMTS系統(tǒng)的缺點是切換時延較長，從而可能不能提供實時服務(wù)或應(yīng)用。網(wǎng)關(guān)方法的

8、切換時延相對移動IP方法較短，網(wǎng)關(guān)使兩個網(wǎng)絡(luò)能夠獨立地運行，并且支持系統(tǒng)間的移動，競爭方法在切換時延方面的性能最好，但是，由于兩個網(wǎng)絡(luò)是緊耦合的，這種方法的靈活性較差。其中，緊耦合與松耦合之間的主要區(qū)別是：用戶的通信是否使用UTMS的核心網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的。
　　在第五章中，本文指出垂直切換是新興無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一個重要部分。在垂直切換技術(shù)中，有幾個開放性的問題必須在多個不同網(wǎng)絡(luò)（如：WLAN和UMTS）的整體上進行深入的研究。通常，切換

9、失敗是在切換還沒來得及之前，目標蜂窩中沒有新資源或者無線鏈路信號下降到不可接受的水平。
　　在第六章，我們試圖找出在垂直切換中服務(wù)質(zhì)量的下降原因，并且在一個實現(xiàn)的QoS控制方案中提出了在切換過程中保證最小質(zhì)量水平的改進方案。我們提出的模型采用了高數(shù)據(jù)率的WLAN系統(tǒng)以及大覆蓋范圍的3G和4G系統(tǒng)的優(yōu)點，可以支持用戶傳輸自適應(yīng)的實時數(shù)據(jù)流。
　　最后，我們在建模工具OPNET11.5中仿真了最后一個算法，仿真結(jié)果顯示：在保證用