基于ieee802.16的qos技術(shù)研究

1、浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展， 各 種新的 業(yè)務(wù)相繼出 現(xiàn)， 這些業(yè)務(wù)在帶寬、 延遲等方面的要求互不相同。 無線城域網(wǎng) 技術(shù)作為有競爭力的 卜 一代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 己 經(jīng)把對(duì)多種業(yè)務(wù)提供Q o S 支持的問 題 提上了日 程。 工 E E E 8 0 2 . 1 6 的M A C 層協(xié) 議對(duì)Q O S 服務(wù) 流和 參數(shù) 配置信 令體系、基于Q o S 的 調(diào) 度服務(wù)類別和相應(yīng)的 帶寬 請求/ 分配信 令等進(jìn)行了 定義

2、。 但卻 把準(zhǔn)入控制、 Q o S 參數(shù)映射、流量調(diào)節(jié)、 分組調(diào)度算法等一系列重要的問 題留待開發(fā)者來解決。本文在對(duì)已 有協(xié) 議結(jié) 構(gòu)和信令體系 進(jìn)行研究的 基礎(chǔ)上， 提出 一 種基于工 E E E 8 0 2 . 1 6 的Q o S實(shí)現(xiàn)方法， 對(duì)協(xié)議原有的Q o S 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了 擴(kuò)充。 在S S 端增加了 流量調(diào) 節(jié)模塊對(duì)各數(shù)據(jù)流進(jìn)行監(jiān)管，使其符合商定的 速率耍求;在B S 端增加了 準(zhǔn)入控制模塊對(duì)業(yè)務(wù)流進(jìn)行準(zhǔn)入控制 分組 調(diào)度模塊

3、對(duì)上下 行數(shù) 據(jù)傳輸 進(jìn)行調(diào) 度。 推導(dǎo)出了 雙令牌桶 流量調(diào)節(jié)機(jī)制下延遲 受限的 預(yù) 留 速率計(jì)算 式， 并提出了 基于預(yù)留 速率的 準(zhǔn)入 控制算法。 配 合I E E E 8 0 2 . 1 6 定義的 調(diào) 度服務(wù) 類別， 提出了 一 種分 優(yōu)先 級(jí)綜合調(diào)度算 法， 將總 帶寬 按優(yōu)先級(jí)在 各類 服務(wù)流之間進(jìn) 行分配， 再在各種類型服務(wù) 流內(nèi) 部 采用不同的 算 法進(jìn)行調(diào) 度。 針對(duì)r t p S 和n r t P S 類別的 服務(wù)

4、 流， 提出 了W F S ( W e i g h t e d F a i r S c h e d u l i n g ) 分 組 調(diào) 度 算 法， 這 一 調(diào) 度 算 法是G P S流體 模 型 在 I E E E 8 0 2 . 1 6 中的實(shí)現(xiàn)算法，它具備G P S 的 優(yōu)良 特性， 有較好的公平性，井且能夠提供時(shí)延 保證。 針對(duì)需 要以 競爭方式發(fā)送帶寬 請 求的 服務(wù) 類型， 如n r t P S ， 提出了 分 優(yōu)先級(jí)

5、的 組播問詢機(jī)制， 為不同 優(yōu)先級(jí)的 業(yè)務(wù)提供不同的接入機(jī)會(huì)， 保證較高 優(yōu)先級(jí)的 業(yè)務(wù)能夠獲得較小的請求接入延遲。我 們搭建了 基于I E E E 8 0 2 . 1 6 的。 P N E T 仿真 平臺(tái)， 對(duì)木文提出 的Q o S 實(shí) 現(xiàn)方法中的 若干關(guān)鍵算法進(jìn)行仿真和分析。I E E E 8 0 2 . 1 6 a 在 I E E E 8 0 2 . 1 6的 基礎(chǔ)上增加了O F D M A的 物理層標(biāo)準(zhǔn)。 本文提出了一種適用于I

6、 E E E 8 0 2 . 1 6 a O F D M A P H Y標(biāo)準(zhǔn)的分組調(diào)度算法， 利用多用戶環(huán)境下多 載波傳輸方式呈 現(xiàn)出的 用戶多 樣性的 特點(diǎn)， 綜合 考慮各 種服 務(wù)類型數(shù)據(jù) 包的 到達(dá) 過程， Q o S 要求， 使 得在滿 足用 戶Q O S 要 求的 同 時(shí) ， 盡 量 提高 系 統(tǒng) 的 資 源 利 用 率。 利 用O P N E T 對(duì) 算 法的 性能 進(jìn)行了 考察， 驗(yàn)證了 這種算法在提供Q O S 支持

7、、 增大 系統(tǒng)容量 和保證公平 性方面的 性能。關(guān) 鍵詞: Q o S ， 無線城域網(wǎng)， I E E E 8 0 2 . 1 6 ，分 組調(diào) 度浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論隨著網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)的 發(fā)展， 各種新的業(yè)務(wù)需求相繼提出。 不同的 業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng) 絡(luò)傳輸?shù)姆?wù) 質(zhì)量有 著不同的 要求， 為不同 的業(yè)務(wù) 提供不同的Q O S的 研究已 經(jīng) 在有線網(wǎng) 絡(luò)和無線網(wǎng) 絡(luò)領(lǐng)域展開。 因?yàn)闊o線網(wǎng) 絡(luò)受到有限帶寬、 干擾、 低鏈路可靠性、 移動(dòng)設(shè)備電 池能

8、 量和移動(dòng)性等諸多因素的限 制， 在0 0 S 實(shí) 現(xiàn)方面就更具有 挑戰(zhàn)性。本章將對(duì)無線 城域網(wǎng) 標(biāo)準(zhǔn)I E E E 8 0 2 . 1 6 系列協(xié)議 進(jìn)行概 述， 并 且介紹Q o s 的 概念、 Q O S 的 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 制、 在 無 線 環(huán) 境 中 實(shí) 現(xiàn)Q O S 存 在的 主 要問 題， 并 在 此 基 礎(chǔ) 上 對(duì)I E E E 8 0 2 . 1 6 中 實(shí) 現(xiàn)Q O S 支 持所需要解決的 若干問 題進(jìn)行討論。 最后是

9、本文的 主要貢 獻(xiàn)和結(jié) 構(gòu)安 排。1 . 1無線城域網(wǎng) 標(biāo)準(zhǔn)近年來，隨 著用 戶數(shù) 據(jù)業(yè)務(wù) 量的 迅 猛發(fā)展，以A D S I 為 代表的 有線寬 帶 接入技術(shù)發(fā)展非 常迅速， 在寬 帶接 入網(wǎng) 市場上占 據(jù)了 主導(dǎo)性的 地位。 但 在缺乏 有效的 有線接 入手 段的 地域內(nèi) ，無需光纖或雙絞線等線纜資源的寬 帶無線接入技術(shù)得到了 運(yùn)營商的 青睞， 通過架設(shè) 無線網(wǎng)絡(luò)，用戶同樣可以便捷地接入到寬帶網(wǎng)絡(luò)。目 前， 在城域網(wǎng)已 經(jīng)得到廣泛應(yīng)

10、用的寬帶無線接入技術(shù)包括3 . 5 G H z 固定無線接入技術(shù)、5 . 8 G I I z 固 定無線接 入技術(shù)和 2 6 G H z 本地多點(diǎn) 分配系 統(tǒng)( L M D S ) 等， 它們一 般均采用點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 根據(jù)各自 所用頻段的 無線信道性能可提供不同的 無線覆蓋范圍， 并土要為商業(yè)用戶和集團(tuán)用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)的接入服務(wù)。 由 于目 前市場上這三種技術(shù)的產(chǎn)品的空中 接口 均屬于私有接日， 標(biāo)準(zhǔn)化程度很低，

11、不同廠商的 產(chǎn)品 無法實(shí)現(xiàn)互通， 這限制了 無線 接 入 產(chǎn)品的 大 規(guī) 模商 業(yè) 化。 因 此， I E E E 8 0 2 . 1 6 技 術(shù) 應(yīng) 運(yùn) 而 生， 1 9 9 9 年， I E E E 成 立了I E E E 8 0 2 . 1 6 上作組 來專門 研究寬帶固 定 無線接入技 術(shù)規(guī)范， 目 標(biāo)就是 要建 立一 個(gè)全球統(tǒng)一的 寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)。1 . 1 . 1 l E E E 8 0 2 . 1 6 系列標(biāo)準(zhǔn)I E

12、E E 8 0 2 . 1 6 又 稱為 I E E E W i r e l e s s M A N 空中 接口 標(biāo) 準(zhǔn)， 它對(duì)2 - 6 6 G H z 頻率范圍內(nèi) 無線接入系統(tǒng)的 底層標(biāo)準(zhǔn) 〔 包括 物理 層和媒體接入控 制層) 作出 規(guī)范， 并 分析了 系 統(tǒng)共存 性背景， 給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 配置和頻率使用解決方案。 由 于它所規(guī)定的 無線接入系統(tǒng)覆蓋范圍 可達(dá)5 0 k m ， 因 此8 0 2 . 1 6 系 統(tǒng)主要

13、應(yīng)用于城域網(wǎng)范圍， 以 解決高 速接入 家庭和企 業(yè)的“ 第一英里”或是 “ 最后 英里”的問題。I E E E 8 0 2 . 1 6 標(biāo)準(zhǔn) 委員 會(huì)于1 9 9 9 年7 月 開始公開討 論全球 統(tǒng)一的 無 線寬帶 城域網(wǎng) 接入 標(biāo) 準(zhǔn)， 到目 前 為 止已 經(jīng) 建 立7 包 括8 0 2 . 1 6 “ ' , 8 0 2 . 1 6 a 1 2 1 . 8 0 2 . 1 6 c “ ' , 8 0 2 .

14、 1 6 d “ ' , 8 0 2 . 1 6 e , 8 0 2 . 1 6 f 和8 0 2 . 1 6 9 的 一系列 標(biāo)準(zhǔn)， 各 標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的 技術(shù) 領(lǐng)域 如 表 1 . 1 所示。 根據(jù)使用頻段高低的 不同， 8 0 2 . 1 6 系統(tǒng)可分為 應(yīng)用于視距和非視距兩種， 其中 使用 2 - 1 1 G H z 頻段的系統(tǒng)應(yīng)用于非視距范圍， 而使用 1 0 - 6 6 G H z 頻段的系統(tǒng)應(yīng)用于視 距范圍。 根