WiMAX系統(tǒng)中QoS導(dǎo)向的跨層無線資源管理機(jī)制的研究.pdf

1、隨著因特網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸式增長和多媒體應(yīng)用市場的不斷膨脹，未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)高速率和高質(zhì)量的寬帶無線接入來滿足各種業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量(QoS:quality of service)的不同需求。然而，終端的移動(dòng)性，無線鏈路的低可靠性以及無線帶寬資源的有限性等條件限制使得無線接入成為大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)钠款i。因此，我們需要在研究這些條件限制對通信質(zhì)量和系統(tǒng)效率所造成的影響，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過跨層優(yōu)化的思想來設(shè)計(jì)一個(gè)高效的無線資源管理機(jī)制，

2、以滿足不同業(yè)務(wù)的QoS需求，同時(shí)均衡資源效率與系統(tǒng)公平性之間的關(guān)系。 由于具有標(biāo)準(zhǔn)化程度高、數(shù)據(jù)傳輸速度快、覆蓋范圍廣、擴(kuò)展能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，基于IEEE802.16協(xié)議系列的WiMAX(World Interoperability for Microwave Access)寬帶無線接入技術(shù)已經(jīng)被國際電聯(lián)采納為第四個(gè)主流3G標(biāo)準(zhǔn)。WirelessMAN-OFDM和WirelessMAN-OFDMA兩種WiMAX的物理層規(guī)范

3、規(guī)范都綜合了自適應(yīng)調(diào)制編碼方案來優(yōu)化物理層的傳輸性能。同時(shí)，WiMAX在MAC層定義了一個(gè)面向連接的靈活的QoS服務(wù)框架。根據(jù)WiMAX的這些特點(diǎn)，本論文針對上述兩種物理層規(guī)范在不同衰落環(huán)境中的QoS保障機(jī)制進(jìn)行了廣泛而深入的研究。特別地，本論文從跨層優(yōu)化的角度重點(diǎn)探討了如何通過接納控制和資源預(yù)留來保障連接級(jí)別的QoS需求，以及通過基于“QoS率”動(dòng)態(tài)資源分配和調(diào)度方案來保障包級(jí)別的QoS需求。本論文的主要貢獻(xiàn)包括： 第一、本論

4、文為WirelessMAN-OFDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的連接級(jí)別QoS保障機(jī)制。首先，考慮到用戶數(shù)量、信道狀況、業(yè)務(wù)分布、各種QoS需求的限制和資源分配算法等因素對系統(tǒng)實(shí)際吞吐量的影響，本論文通過建立一個(gè)合理的數(shù)學(xué)模型來刻畫系統(tǒng)的平均容量和即時(shí)容量以作為資源預(yù)留和接納控制的基礎(chǔ)。一方面，通過判斷切換用戶平均帶寬消耗和切換概率進(jìn)行資源預(yù)留，在有效保障切換連接的服務(wù)連續(xù)性的同時(shí)，提高了資源效率；另一方面，同時(shí)考慮系統(tǒng)的平均資源消耗和即時(shí)資源

5、消耗來進(jìn)行接納控制以均衡各連接級(jí)別QoS指標(biāo)的關(guān)系。 第二、本論文優(yōu)化了WirelessMAN-OFDM系統(tǒng)的上行傳輸性能。本論文首先定義了“QoS率”來反映由于業(yè)務(wù)突發(fā)性造成的時(shí)變的QoS需求，并以此為基礎(chǔ)，針對WirelessMAN-OFDM物理層規(guī)范提出同時(shí)適用于上下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕凇癚oS率”的聯(lián)合帶寬分配及調(diào)度算法以滿足業(yè)務(wù)在最大時(shí)延和最小速率方面的QoS需求，同時(shí)在帶寬不足的情況下還有效地保障了具有同等優(yōu)先級(jí)別業(yè)務(wù)的

6、公平性。特別地，本論文還提出了一個(gè)增強(qiáng)型帶寬請求機(jī)制，該機(jī)制使用帶寬請求單元聚合的方法來減少非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)帶寬請求的數(shù)量，并通過主動(dòng)式單播輪詢方案代替協(xié)議中的被動(dòng)式單播輪詢和多播/廣播輪詢方案進(jìn)行帶寬請求，有效地減少了帶寬請求時(shí)延和信令冗余。 第三、在全面分析現(xiàn)有主流OFDMA動(dòng)態(tài)資源分配算法的基礎(chǔ)上，本論文針對WirelessMAN-OFDMA物理層規(guī)范探討了如何通過MAC-PHY聯(lián)合跨層優(yōu)化的方法來實(shí)現(xiàn)對IEEE802.16 O

7、FDMA多蜂窩網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)資源分配，以實(shí)現(xiàn)對各種分集的有效利用來提升系統(tǒng)的性能。為了滿足各種業(yè)務(wù)的QoS需求和公平性需求，本論文所提的動(dòng)態(tài)資源分配算法在基于“QoS率”的嚴(yán)格優(yōu)先分配算法的基礎(chǔ)上，通過資源的預(yù)分配保障了擁有不同移動(dòng)速率的用戶之間的公平性，并在在資源缺乏的情況下通過資源的重分配為同種業(yè)務(wù)提供基于權(quán)重的公平性保障和基于比例的公平性保障，最后的結(jié)果證明基于比例公平性保障的做法在有效保障各種業(yè)務(wù)包級(jí)別QoS需求的前提下均衡了系統(tǒng)資