具有QoS保證的寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)多媒體業(yè)務(wù)自適應(yīng)調(diào)度.pdf

1、近些年來(lái)，高速因特網(wǎng)接入，多媒體服務(wù)應(yīng)用的快速發(fā)展，以及這些應(yīng)用需求無(wú)處不在的特性(尤其是特殊應(yīng)用領(lǐng)域)，使得寬帶無(wú)線接入(BWA)通信的需求大幅增加。目前，已出現(xiàn)了諸如IEEE802．11，IEEE802．16以及IEEE802．20的寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以滿足快速增長(zhǎng)的無(wú)線接入需求。然而，寬帶無(wú)線接入中存在一個(gè)重要的難題，即如何為各類需要不同服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證的業(yè)務(wù)提供要求的服務(wù)。業(yè)界普遍認(rèn)為，調(diào)度控制算法在寬帶無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的QoS

2、結(jié)構(gòu)中起了至關(guān)重要的作用。所以，如何設(shè)計(jì)有效的調(diào)度控制算法是寬帶無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。本博士論文主要致力于研究自適應(yīng)調(diào)度控制算法，以便對(duì)諸如IEEE802．11和IEEE802．16．等的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多媒體業(yè)務(wù)提供要求的QOS保證。 首先，本文提出了一種無(wú)線局域網(wǎng)中基于競(jìng)爭(zhēng)的介質(zhì)接入過(guò)程中的動(dòng)態(tài)QoS保障機(jī)制。在動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)流優(yōu)先級(jí)和傳輸時(shí)延估計(jì)的基礎(chǔ)上，此保障機(jī)制不僅有更好的吞吐率和丟包率表現(xiàn)，并能使得這些參數(shù)在某個(gè)時(shí)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(jí)業(yè)務(wù)的前提下，與基于固定優(yōu)先級(jí)的方法相比，這種機(jī)制提供了用戶之間更好的公平介質(zhì)共享，并大幅改善了系統(tǒng)性能。 由于眾多多媒體應(yīng)用都有變化的比特率特征，因此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)有效的調(diào)度控制算法便成為了IEEE802．11e內(nèi)基于輪詢的介質(zhì)接入過(guò)程中的一個(gè)挑戰(zhàn)。在IEEE802．11e標(biāo)準(zhǔn)草案中提及的簡(jiǎn)單調(diào)度控制算法無(wú)法滿足該業(yè)務(wù)所需要的QoS保證。所以，本文提出了一種新的與自適應(yīng)傳輸機(jī)會(huì)相關(guān)

4、的針對(duì)無(wú)競(jìng)爭(zhēng)介質(zhì)接入過(guò)程的業(yè)務(wù)調(diào)度控制算法并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)估。與文獻(xiàn)中提到的現(xiàn)有的主流調(diào)度算法相比，本文提出的新的調(diào)度算法在吞吐率和時(shí)延性能上獲得了極大的改善。根據(jù)實(shí)隊(duì)列的大小和預(yù)測(cè)隊(duì)列大小，使用動(dòng)態(tài)的帶寬選擇，可以降低固定傳輸機(jī)會(huì)引入的帶寬浪費(fèi)。 然后，本文提出了一種新的優(yōu)先級(jí)分析模型，此模型可用于分析并增強(qiáng)指定QoS要求下的混合協(xié)調(diào)函數(shù)控制信道接入(HCCA)的性能。此模型同時(shí)也提供了高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包之間的差異服

5、務(wù)。在這種模型中，節(jié)點(diǎn)是按照1/k相位分布(PH)馬爾可夫到達(dá)過(guò)程(MAP)中的非搶占式包含空閑的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列進(jìn)行建模的。此外，通過(guò)在數(shù)據(jù)包到達(dá)模型中使用一個(gè)MAP，以及在服務(wù)和空閑過(guò)程和隊(duì)列優(yōu)先級(jí)模型中使用PH分布，可以使理論分析容易處理。 接著，本文對(duì)提出的隊(duì)列模型進(jìn)行了擴(kuò)展。該模型支持采用自適應(yīng)調(diào)制和編碼(AMC)的多速率非理想信道，而AMC在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中是增加有效傳輸率的關(guān)鍵技術(shù)。為了對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)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(diǎn)視作有空閑和時(shí)限的MAP/PH/1隊(duì)列。提出了一個(gè)新的定義在服務(wù)期間的稱作無(wú)傳輸期的概念，它使服務(wù)器在傳輸信道惡劣時(shí)停止數(shù)據(jù)包傳輸。通過(guò)使用強(qiáng)大的矩陣幾何方法，可以獲得平穩(wěn)系統(tǒng)狀態(tài)概率分布。論文還給出了優(yōu)化后的性能測(cè)試方法，以獲得最好的跨層設(shè)計(jì)參數(shù)。 為了在WiMAX環(huán)境中為分類業(yè)務(wù)流提供QoS保證，并在用戶之間實(shí)現(xiàn)可用帶寬的公平分配，本文提出了一個(gè)基于一種信用前提公平隊(duì)列算法的雙層信道感知調(diào)度控制算法。提出

7、的算法在無(wú)線鏈路層中實(shí)現(xiàn)了一種無(wú)錯(cuò)、基于信用前提、聯(lián)合AMC的多速率介質(zhì)中的公平隊(duì)列。此調(diào)度控制機(jī)制適用于WiMAX環(huán)境中定義的兩個(gè)場(chǎng)景。首先，此種調(diào)度機(jī)制適用于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的場(chǎng)景，作者在多類業(yè)務(wù)和信道條件下對(duì)此調(diào)度控制機(jī)制進(jìn)行了研究。接下來(lái)，通過(guò)擴(kuò)展此調(diào)度機(jī)制，使其適用于Mesh節(jié)點(diǎn)的中心調(diào)度控制場(chǎng)景，在此場(chǎng)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(duì)系統(tǒng)的公平服務(wù)及時(shí)間介質(zhì)接入性能進(jìn)行了評(píng)估。仿真結(jié)果表明，兩種場(chǎng)景下的