本文選題：移動WiMAX + 跨層　； 參考：《東南大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：隨著無線網(wǎng)絡(luò)和無線移動設(shè)備的飛速發(fā)展,寬帶無線接入(BWA)的需求量越來越大。移動在線支付和移動電子商務(wù)等關(guān)鍵應(yīng)用和多媒體應(yīng)用在無線移動網(wǎng)絡(luò)中比比皆是。無線移動信道具有傳播開放,接收環(huán)境復(fù)雜,用戶隨機(jī)移動的特性。WiMAX網(wǎng)絡(luò)作為一種寬帶無線接入技術(shù),受到業(yè)界的普遍關(guān)注和青睞。日益增長的用戶業(yè)務(wù)需求與無線資源的稀缺性之間的矛盾對無線資源管理問題提出了新的挑戰(zhàn);用戶高速接入需求與無線信道時變特性之間的矛盾對提供QoS保證算法提出了更高的要求。在移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)中有效保證用戶的QoS要求是亟待解決的問題。本文從跨層QoS保證框架研究入手,在驗證分析了移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流具有長相關(guān)特性的基礎(chǔ)上,提出了自相似的接納控制算法;為了發(fā)揮無線信道的多用戶分集增益,提出了信道感知的實時業(yè)務(wù)流的調(diào)度算法和非實時業(yè)務(wù)流的調(diào)度算法,并對調(diào)度算法進(jìn)行了穩(wěn)定性分析,系統(tǒng)地解決了移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)中保證用戶多業(yè)務(wù)QoS的關(guān)鍵算法有效性問題。論文的主要工作和研究成果表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)研究移動WiMAX系統(tǒng)業(yè)務(wù)流的特性。首先,研究可用于分析業(yè)務(wù)流特性的方法,認(rèn)為小波估計法具有較好的分析精確度,并通過試驗和理論推導(dǎo),反復(fù)選擇小波消失矩和優(yōu)化尺度參數(shù)的范圍,減小這些因素對檢測結(jié)果的影響。其次,利用ON/OFF模型仿真移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)中五種不同類型業(yè)務(wù)流,使用小波估計法對模型產(chǎn)生的trace文件進(jìn)行分析。實驗分析結(jié)果表明,實時業(yè)務(wù)流的長相關(guān)性比較小,非實時業(yè)務(wù)流的長相關(guān)性相對較大,隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增大,業(yè)務(wù)流的長相關(guān)性會略有變化,聚合業(yè)務(wù)流的長相關(guān)性的檢測值與理論值基本吻合。業(yè)務(wù)流的長相關(guān)性建模比傳統(tǒng)的流量建模方法能更精確描述業(yè)務(wù)流的本質(zhì)特征,業(yè)務(wù)流的長相關(guān)性對設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的呼叫接納控制算法、提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證、網(wǎng)絡(luò)安全和改善網(wǎng)絡(luò)的性能等方面具有重要意義。(2)設(shè)計跨層的提供QoS保證解決方案。為了增強(qiáng)提供QoS保證算法的有效性,用多用戶分集增益的思想,提出一跨層的提供QoS保證的調(diào)度方案。設(shè)計出與框架相適應(yīng)的接納控制算法和機(jī)會調(diào)度算法。根據(jù)移動WiMAX業(yè)務(wù)流的長相關(guān)特性,提出了自相似的接納控制算法來控制系統(tǒng)中的連接數(shù)目。為了保證實時業(yè)務(wù)流的時延要求,提出對上行實時業(yè)務(wù)采用預(yù)測的LWDF調(diào)度算法;為了滿足非實時業(yè)務(wù)流調(diào)度公平性,對上行非實時業(yè)務(wù)采用預(yù)測的PF調(diào)度算法。仿真實驗表明,跨層調(diào)度方案能根據(jù)無線信道的時變特性,動態(tài)調(diào)整調(diào)度算法的調(diào)度行為,發(fā)揮了無線信道的多用戶分集增益優(yōu)勢,提高了系統(tǒng)的吞吐量,降低了呼叫阻塞率。(3)設(shè)計移動WiMAX系統(tǒng)的接納控制算法。以移動WiMAX系統(tǒng)業(yè)務(wù)流長相關(guān)特性為基礎(chǔ),提出用M/Pareto模型來對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流進(jìn)行建模,通過M/Pareto模型和FBM業(yè)務(wù)流模型之間統(tǒng)計性質(zhì)得到兩個模型間參數(shù)映射關(guān)系,推導(dǎo)出基于M/Pareto模型參數(shù)的有效帶寬計算公式,據(jù)此設(shè)計出一個自相似接納控制算法(SS-CAC)。該算法避免了通過測量的方法來獲取FBM業(yè)務(wù)流模型中參數(shù)值,又適應(yīng)了移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)流自相似這一特性,使得計算的有效帶寬更加精確和快捷,提高了系統(tǒng)資源利用率。仿真結(jié)果表明,該算法可提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率,降低了系統(tǒng)的呼叫阻塞率。(4)設(shè)計業(yè)務(wù)流的資源調(diào)度算法。為了獲得多用戶分集增益,更好地發(fā)揮自適應(yīng)調(diào)制編碼(AMC)的作用,針對系統(tǒng)的實時業(yè)務(wù)流,采用最大加權(quán)時延優(yōu)先調(diào)度算法M-LWDF,以適應(yīng)時延的要求;對非實時業(yè)務(wù)流,采用調(diào)度算法PF,以滿足用戶的公平性。為了減小瞬時速率的影響,采用馬爾可夫預(yù)測模型對M-LWDF和PF進(jìn)行改進(jìn),通過預(yù)測下一時隙的信道速率,平滑瞬時速率的影響,并據(jù)此設(shè)計了預(yù)測的M-LWDF調(diào)度算法(Pre-LWDF)和預(yù)測的PF調(diào)度算法(Pre-PF)。通過于信道無關(guān)性和Markov鏈的聚合性降低預(yù)測模型轉(zhuǎn)換矩陣的維數(shù),提高計算速度。仿真結(jié)果表明,該調(diào)度方案保證了實時業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量,提高了系統(tǒng)的平均吞吐量和公平性,減小了系統(tǒng)的振蕩性;保證了非實時業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量,提高了系統(tǒng)的平均吞吐量和公平性,減小了系統(tǒng)的振蕩性,防止出現(xiàn)"饑餓"現(xiàn)象。(5)分析證明預(yù)測調(diào)度算法具有穩(wěn)定性。提出用Lyapunov Drift穩(wěn)定性理論證明Pre-LWDF調(diào)度算法的分組級穩(wěn)定性,用Markov鏈建模一無線時變信道,該調(diào)度算法在各個用戶間調(diào)度實時業(yè)務(wù)流,這樣,移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)在PMP模式下形成了一個M/G/1的排隊系統(tǒng)。根據(jù)隊列理論計算推導(dǎo)出移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)的信道容量域和系統(tǒng)的穩(wěn)定域,用Lyapunov Drift穩(wěn)定性理論分析證明Pre-LWDF調(diào)度算法具有分組級穩(wěn)定性。進(jìn)一步在NS2仿真平臺上搭建一個移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境,驗證Pre-LWDF調(diào)度算法的穩(wěn)定性。同時也驗證接納控制算法和調(diào)度算法的有效性,進(jìn)而驗證系統(tǒng)的整體性能。另一方面,在調(diào)度算法PF具有流級穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,利用流極限理論分析了 Pre-PF算法同樣具有流級穩(wěn)定性。(6)仿真實現(xiàn)了跨層提供QoS保證的框架。為了驗證和分析本文提出的跨層提供QoS保證的框架、接納控制算法和調(diào)度算法,在NIST移動WiMAX仿真平臺上,引入包含QoS的移動WiMAX模塊。在此基礎(chǔ)之上,按照跨層提供QoS保證的框架,仿真實現(xiàn)了具有長相關(guān)特性的五種業(yè)務(wù)流、自相似的接納控制算法和信道感知的預(yù)測調(diào)度算法。仿真試驗分析表明,跨層的提供QoS保證框架及其相關(guān)算法不僅具有適用性,更在系統(tǒng)的吞吐量和時延等性能方面有所提高。
[Abstract]:In this paper , based on the research of cross - layer QoS guarantee framework , this paper puts forward some new challenges to the wireless resource management . The results show that the long correlation between the demand of service flow and the time - varying characteristics of the wireless channel is very important . The results show that the long correlation between the demand of the service and the time - varying characteristics of the wireless channel is very important . A self - similar admission control algorithm ( SS - CAC ) is proposed to improve the network bandwidth utilization rate and improve the system resource utilization . The simulation results show that the algorithm can improve the network bandwidth utilization rate and improve the system resource utilization . Simulation results show that the algorithm can improve the bandwidth utilization rate of the system and improve the system resource utilization . Simulation results show that the algorithm can improve the network bandwidth utilization rate and improve the system resource utilization . Simulation results show that the algorithm can improve the service quality of the system , improve the average throughput and fairness of the system , reduce the oscillation of the system and prevent the phenomenon of " hunger " . ( 5 ) The stability of Pre - LWDF scheduling algorithm is proved by using Lyapunov stability theory .
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN92

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本文編號：1963405