【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoTs)的發(fā)展,任何人與物都能夠更加方便地進(jìn)行信息和服務(wù)的交換,然而大規(guī)模機(jī)器的涌入無疑為網(wǎng)絡(luò)的接納控制帶來挑戰(zhàn),同時(shí),機(jī)器與機(jī)器(Machine to Machine,M2M)業(yè)務(wù)流呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)人與人(Human to Human,H2H)業(yè)務(wù)流截然不同的特性,使得如何建模符合M2M業(yè)務(wù)的流量模型并分析其在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸性能成為亟待解決的問題。網(wǎng)絡(luò)演算作為分析網(wǎng)絡(luò)性能的強(qiáng)有力工具,在對多樣化業(yè)務(wù)流進(jìn)行建模和分析網(wǎng)絡(luò)常見性能邊界等方面具有明顯優(yōu)勢。因此針對以上問題,本文在介紹網(wǎng)絡(luò)演算理論基礎(chǔ)之上,分別從以下三個(gè)方面做了主要研究:(1)提出了一種基于各類請求優(yōu)先級調(diào)度的接納控制模型。該調(diào)度模型綜合考慮蜂窩用戶請求和M2M各類請求,將其按照優(yōu)先級分為四類接入請求。該分析過程中不僅包括了M2M請求的非搶占式調(diào)度,還包括了蜂窩用戶請求對M2M請求的搶占式調(diào)度,使得分析結(jié)果更符合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)。最后利用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算理論(Stochastic Network Calculus,SNC)給出了各類請求的時(shí)延和積壓邊界性能,并展示了不同優(yōu)先級請求的到達(dá)特性以及基站服務(wù)能力對網(wǎng)絡(luò)性能的影響情況。(2)提出了基于SNC的M2M業(yè)務(wù)流量建模與分析方法。為了體現(xiàn)M2M業(yè)務(wù)流在空間和時(shí)間上的相關(guān)性,選用耦合馬爾科夫調(diào)制泊松過程(Coupled Markov Modulated Poisson Process,CMMPP)對M2M業(yè)務(wù)流進(jìn)行建模,并利用矩母函數(shù)(Moment Generating Function,MGF)推導(dǎo)了其到達(dá)曲線。同時(shí)將流量經(jīng)由多個(gè)網(wǎng)元傳輸?shù)倪^程抽象為多節(jié)點(diǎn)串聯(lián)提供服務(wù)的模型,并給出了對應(yīng)的服務(wù)曲線,最后綜合到達(dá)和服務(wù)曲線,得到了CMMPP流在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸性能,并通過數(shù)值分析驗(yàn)證了結(jié)果的正確性。(3)基于網(wǎng)絡(luò)仿真平臺OPNET實(shí)現(xiàn)了M2M業(yè)務(wù)流量仿真與分析。區(qū)別于前兩個(gè)研究點(diǎn)中使用數(shù)學(xué)分析手段求解M2M流在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸性能,該研究點(diǎn)使用了網(wǎng)絡(luò)仿真軟件OPNET搭建了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下多類M2M業(yè)務(wù)的傳輸系統(tǒng),利用OPNET能夠最大限度模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)場景的優(yōu)點(diǎn),分別對蜂窩基站處理蜂窩用戶和M2M終端連接請求的接納控制問題以及業(yè)務(wù)流經(jīng)過多網(wǎng)元傳輸?shù)恼w性能進(jìn)行仿真,同時(shí)給出具體仿真流程和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),最終得到相應(yīng)的仿真結(jié)果,從而對用數(shù)學(xué)分析手段得到的結(jié)果加以驗(yàn)證。
【圖文】：

需求配置一些參數(shù)即可。節(jié)點(diǎn)模型中包括的主要模塊有：發(fā)送和接收器、處理器以及隊(duì)列等；進(jìn)程模型處于整個(gè)仿真模型的最底層，由各種狀態(tài)及狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移過程組成，可以用于模擬排隊(duì)策略、調(diào)度機(jī)制、通信協(xié)議算法等等操作。5.1.2 蜂窩 M2M 通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)由于我們研究的網(wǎng)絡(luò)場景是移動蜂窩M2M通信網(wǎng)，因此使用了OPNET 14.5自帶的UMTS系統(tǒng)來模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)。雖然 UMTS 場景中沒有 LTE 架構(gòu)的扁平化結(jié)構(gòu)，但是可以將 RNC 和SGSN 等 UMTS 系統(tǒng)中特有網(wǎng)元的處理能力設(shè)置成足夠大，等效為只具有簡單的傳輸功能，從而可以忽略其對傳輸性能的分析。模擬的網(wǎng)絡(luò)場景如圖 5.1，其中，本文僅需考慮單蜂窩基站下的多終端接收和發(fā)送信息，使用圖 5.2 表示蜂窩用戶終端，圖 5.3 表示 M2M 終端。其次，基站接收的數(shù)據(jù)流會經(jīng)由傳輸網(wǎng)絡(luò)中的多路由器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)服務(wù)器處理平臺，為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供服務(wù)。

?MAC接入 信道 信道信宿網(wǎng)絡(luò)流程流控機(jī)制業(yè)務(wù)流圖 5.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖5.2.1 接納控制模型蜂窩 M2M 通信網(wǎng)絡(luò)是一種分組交換網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入該網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)具有突發(fā)性，同時(shí)不同業(yè)務(wù)流之間存在對網(wǎng)絡(luò)資源的競爭，這樣容易造成網(wǎng)絡(luò)過載，，即產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，使得系統(tǒng)內(nèi)積壓長度快速增大，排隊(duì)時(shí)延變大，而且由于排隊(duì)引起的溢出會產(chǎn)生丟包現(xiàn)象，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無法提供滿足用戶需求的 QoS 保證。針對產(chǎn)生流量擁塞的原因，可以采用業(yè)務(wù)量管理和控制的方
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5;TP391.44

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 楊柳;范平志;郝莉;;LTE系統(tǒng)中事件驅(qū)動M2M業(yè)務(wù)的流量控制隨機(jī)接入?yún)f(xié)議[J];通信學(xué)報(bào);2014年12期

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4 王雅輝;遲學(xué)芬;;M2M小數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的IEEE802.11WLAN分析模型[J];通信學(xué)報(bào);2011年12期

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6 倪銳;周武e

本文編號：2705986