本文關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)性能分析及服務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)研究

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【摘要】：隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和人們?nèi)找嬖鲩L的通信需求,無線網(wǎng)絡(luò)需要承載的用戶越來越多,并且用戶業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的要求越來越嚴(yán)格。如何在有限的無線資源下,為越來越多的用戶業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量(QoS, Quality of Service)保障,是當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展面臨的一個重要挑戰(zhàn)。為網(wǎng)絡(luò)中的用戶業(yè)務(wù)提供QoS保障的基礎(chǔ)是充分了解網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及所采用的協(xié)議如何影響網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo),進(jìn)而才能設(shè)計出更有效的QoS保障算法,因此無線網(wǎng)絡(luò)的性能分析是無線網(wǎng)絡(luò)的重要研究內(nèi)容。在無線網(wǎng)絡(luò)中,由于無線信道易受到噪聲、干擾和其他環(huán)境因素的影響,且這些影響因素還隨時間變化,因此無線信道是不可靠的且時變的；同時,由于無線頻譜資源的有限性,以及用戶對資源共享方式的多樣性使得網(wǎng)絡(luò)為用戶提供的服務(wù)過程越來越復(fù)雜,用戶的服務(wù)速率難以建模和計算。另一方面,隨著無線網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)類型的增多,除具有突發(fā)性,業(yè)務(wù)的到達(dá)還具有自相似性和長時相關(guān)性。服務(wù)過程的復(fù)雜性及業(yè)務(wù)到達(dá)的自相似性使得分析無線網(wǎng)絡(luò)性能變得非常困難。針對現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)性能分析方法的不足,本文結(jié)合概率論和網(wǎng)絡(luò)演算理論,研究了適用于無線網(wǎng)絡(luò)的性能分析方法,并基于所得分析結(jié)果提出了為用戶業(yè)務(wù)提供QoS保障的方法。本文的具體內(nèi)容如下：1、提出了基于剩余有效容量的無線網(wǎng)絡(luò)性能分析方法。針對現(xiàn)有分析方法無法同時對具有長時相關(guān)性的業(yè)務(wù)到達(dá)過程和復(fù)雜、不可靠的節(jié)點服務(wù)過程進(jìn)行建模的不足,提出一種分析無線網(wǎng)絡(luò)性能的理論框架一基于剩余有效容量的網(wǎng)絡(luò)性能分析模型,該理論框架結(jié)合了有效帶寬理論和有效容量理論,將用戶性能指標(biāo)的計算轉(zhuǎn)化成對業(yè)務(wù)到達(dá)過程的有效帶寬和節(jié)點服務(wù)過程的有效容量的計算。通過證明有效容量函數(shù)的線性性質(zhì),提出了剩余有效容量的概念,說明了該理論框架的可行性。針對無線網(wǎng)絡(luò)中用戶共享資源的特性,將多址接入?yún)f(xié)議對用戶性能的影響建模成二元組,便于節(jié)點服務(wù)過程的有效容量的計算,實現(xiàn)了對用戶緩存內(nèi)的排隊情況的刻畫。應(yīng)用所提出的方法,計算出了采用TDMA、FDMA、CSMA/CA和ALOHA協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)的時延性能。仿真結(jié)果和分析結(jié)果的比較說明所提出的分析方法可以對多種無線網(wǎng)絡(luò)的平均端到端時延性能進(jìn)行很好地估算。2、提出了一種分析多跳網(wǎng)絡(luò)端到端時延分布的方法,并設(shè)計了一種為用戶業(yè)務(wù)提供統(tǒng)計QoS保障的接納控制算法。針對無線信號傳播特性導(dǎo)致的分布式多跳網(wǎng)絡(luò)隱藏終端問題和業(yè)務(wù)自相似性對多址接入?yún)f(xié)議性能的影響,提出一種改進(jìn)的IEEE 802.11多址接入?yún)f(xié)議分析模型。結(jié)合該模型的分析結(jié)果和剩余有效容量分析模型,給出了計算多跳無線網(wǎng)絡(luò)端到端時延分布的方法。仿真結(jié)果和分析結(jié)果的對比證明了所提分析方法的準(zhǔn)確性。對比不同網(wǎng)絡(luò)配置下的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)無線信道的不可靠性和隱藏終端問題會惡化端到端時延性能,忽略這兩個因素的影響會導(dǎo)致分析結(jié)果過好地估計網(wǎng)絡(luò)的實際性能�；谒梅治鼋Y(jié)果,設(shè)計了一種接納控制算法,將其性能與基于其他準(zhǔn)則的接納控制算法的性能比較,結(jié)果表明所提出的接納控制算法不僅可以有效地為用戶業(yè)務(wù)提供QoS保障,還可以提高網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率。3、提出了一種基于有效容量的認(rèn)知用戶性能分析方法。針對現(xiàn)有分析方法的不足,即當(dāng)授權(quán)用戶的狀態(tài)不滿足馬爾科夫性時,現(xiàn)有分析方法無法刻畫授權(quán)用戶的參數(shù)對認(rèn)知用戶性能的影響,提出了一種認(rèn)知用戶性能分析方法。首先,針對授權(quán)用戶狀態(tài)的非馬爾科夫性,借助輔助變量法,提出了一個新馬爾科夫鏈模型,該模型可以描述授權(quán)用戶對無線信道的占用情況。隨后,通過對該模型的分析發(fā)現(xiàn),可以把認(rèn)知用戶服務(wù)過程建模成馬爾科夫調(diào)制過程,并提出了認(rèn)知用戶的有效容量的計算方法,得到了授權(quán)用戶參數(shù)與認(rèn)知用戶的有效容量的關(guān)系。最后,通過將所得結(jié)果代入剩余有效容量分析模型,得到了認(rèn)知用戶的隊列長度、丟包率、吞吐量等性能。仿真結(jié)果和分析結(jié)果的對比表明,所提的分析方法可以很好地估計認(rèn)知用戶性能。而且,基于所得分析結(jié)果,可以設(shè)計出有效地接納控制算法和信道選擇算法來保障認(rèn)知用戶業(yè)務(wù)的QoS需求。仿真結(jié)果表明基于分析結(jié)果的接納控制策略可以有效地保證認(rèn)知用戶業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】：無線網(wǎng)絡(luò)性能分析 服務(wù)質(zhì)量保障 有效容量 多址接入?yún)f(xié)議 分布式多跳無線網(wǎng)絡(luò) 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN92
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號對照表13-14
• 縮略語對照表14-18
• 第一章 緒論18-42
• 1.1 無線網(wǎng)絡(luò)簡介18-23
• 1.1.1 分布式無線網(wǎng)絡(luò)20-21
• 1.1.2 認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)21-22
• 1.1.3 無線網(wǎng)絡(luò)中QoS保障問題22-23
• 1.2 無線網(wǎng)絡(luò)性能分析23-32
• 1.2.1 無線網(wǎng)絡(luò)性能分析的重要性24-27
• 1.2.2 影響無線網(wǎng)絡(luò)性能的主要因素27-29
• 1.2.3 無線網(wǎng)絡(luò)性能分析方法29-32
• 1.3 本論文的研究現(xiàn)狀及難點32-38
• 1.3.1 無線網(wǎng)絡(luò)性能分析方法研究32-34
• 1.3.2 分布式多跳無線網(wǎng)絡(luò)的性能分析34-36
• 1.3.3 認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的性能分析36-38
• 1.4 本文的主要貢獻(xiàn)及章節(jié)安排38-42
• 第二章 基于剩余有效容量的無線網(wǎng)絡(luò)性能分析方法42-68
• 2.1 引言42-43
• 2.2 有效容量理論簡介43-48
• 2.3 無線網(wǎng)絡(luò)模型48-49
• 2.4 時延性能分析49-58
• 2.4.1 性能分析模型50-52
• 2.4.2 剩余有效容量52-54
• 2.4.3 節(jié)點服務(wù)過程分析54-57
• 2.4.4 端到端時延計算57-58
• 2.5 仿真驗證58-66
• 2.6 應(yīng)用66-67
• 2.7 本章小結(jié)67-68
• 第三章 分布式多跳網(wǎng)絡(luò)端到端時延分布及統(tǒng)計QoS保障技術(shù)研究68-96
• 3.1 引言68-70
• 3.2 網(wǎng)絡(luò)模型70-74
• 3.2.1 業(yè)務(wù)到達(dá)過程71-72
• 3.2.2 多址接入?yún)f(xié)議72-73
• 3.2.3 物理層傳輸技術(shù)73-74
• 3.3 接入時延分析74-80
• 3.3.1 多址接入?yún)f(xié)議分析74-77
• 3.3.2 接入時延分布計算77-80
• 3.4 節(jié)點時延分析80-81
• 3.5 端到端時延分布81-82
• 3.6 仿真結(jié)果與分析結(jié)果82-88
• 3.7 統(tǒng)計接納控制算法及性能88-95
• 3.7.1 保障統(tǒng)計QoS需求的接納控制算法88-89
• 3.7.2 接納控制算法的性能89-95
• 3.8 本章小結(jié)95-96
• 第四章 基于有效容量的認(rèn)知用戶性能分析方法96-116
• 4.1 引言96-98
• 4.2 系統(tǒng)模型98-100
• 4.3 認(rèn)知用戶排隊性能分析100-107
• 4.3.1 信道的馬爾科夫鏈模型100-103
• 4.3.2 信道的有效容量103-105
• 4.3.3 排隊性能分析105-106
• 4.3.4 分析結(jié)果的應(yīng)用106-107
• 4.4 分析和仿真結(jié)果107-114
• 4.5 本章小結(jié)114-116
• 第五章 結(jié)論和展望116-118
• 5.1 研究結(jié)論116-117
• 5.2 研究展望117-118
• 參考文獻(xiàn)118-128
• 致謝128-130
• 作者簡介130-132

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1018048