IEEE 802.16系统中QoS机制的研究

论文摘要

IEEE 802.16宽带无线城域网技术的不断发展和成熟,推动了宽带无线接入技术的进步,刺激了无线接入市场。作为对基于IEEE 802.16标准的产品进行一致性和互操作性认证的国际组织,WiMAX论坛在宽带无线接入领域的影响日益增强,今天WiMAX几乎成为了IEEE 802.16的同名词。与此同时,WiMAX中的关键技术——服务质量（QoS）也受到了越来越多的研究者的关注,成为WiMAX技术中的研究热点。应用于固定、便携、移动等场景宽带无线接入系统的IEEE 802.16标准,需要满足不同种类服务流的QoS需求。标准中提出的媒体接入控制（MAC）协议详细定义了四种类型的服务以及BS与SS之间的信令交互机制（如连接建立、带宽请求、UL-MAP消息等）,规定了UGS服务的上行链路调度算法,还提出了一种系统的QoS架构,但是对于rtPS、nrtPS和BE这三种服务的调度算法以及具体的接纳控制机制却没有作出明确的规定。基于上面的情况,本文在研究了IEEE 802.16系统现有QoS技术的基础上,提出了一种改进的QoS架构,该架构新增了缓冲模块、流量整形模块和自适应调制编码（AMC）模块;另外,本文还对架构中的上行分组调度（UPS）模块进行了具体的设计,将其分为信息模块、调度数据库模块和服务分配模块三个部分,提出了一种基于严格优先级的调度服务原则,分别给出了rtPS、nrtPS和BE服务的调度算法,并通过具体仿真验证了提出的策略为实时业务提供QoS支持时的有效性;对于架构中没有定义的接纳控制机制,本文提出了一种基于优先级的动态带宽分配接纳控制机制,并将其与传统的固定带宽分配的接纳控制机制比较,发现提出的接纳控制机制具有更优的性能。另外,针对目前应用广泛的IP网络传送语音（VoIP）服务,本文提出了一种应用于IEEE 802.16系统VoIP服务的改进的上行链路调度算法,该算法是一种基于语音活动检测的调度算法,BS根据SS的语音状态转换来分配上行链路资源。它可以弥补传统的调度算法中的一些不足,例如对上行链路资源的浪费、增大MAC负荷和引入附加的接入时延等。本文就系统的吞吐量和接入时延两方面分别对传统算法和改进算法作了具体的分析和仿真,结果表明,改进算法在吞吐量和系统容量方面具有最优的性能。最后,对于IEEE 802.11e和IEEE 802.16标准的融合组网问题,通过引入一个无线网关（RG）模块,本文提出了一种用于这两种标准融合组网时的QoS架构,从而实现了IEEE 802.16和IEEE 802.11e融合组网中端到端的QoS保障,另外,还提出了基于此架构的两种QoS映射机制:区分优先级的映射和参数化的映射,并分别作了分析研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 英文缩略语
• 第一章 引言
• 1.1 IEEE 802.16空中接口标准
• 1.2 IEEE 802.16技术的优势
• 1.3 IEEE 802.16技术的应用场景
• 1.4 课题的提出
• 1.5 本文内容安排
• 1.6 本章小结
• 第二章 IEEE 802.16标准MAC层协议及QoS机制的研究
• 2.1 IEEE 802.16 MAC层协议
• 2.1.1 特定服务汇聚子层（CS）
• 2.1.2 公共部分子层（CPS）
• 2.1.3 安全子层（SS）
• 2.2 IEEE 802.16 MAC层中的QoS保障机制
• 2.2.1 服务类别的定义
• 2.2.2 QoS框架和交互机制
• 2.2.3 宽带无线接入网络的管理参考模型
• 2.2.4 网络接入过程
• 2.2.5 带宽请求与分配
• 2.3 本章小结
• 第三章 IEEE 802.16系统中QoS机制的设计及改进
• 3.1 IEEE 802.16系统已有的QoS架构
• 3.2 IEEE 802.16系统改进的QoS架构
• 3.2.1 缓冲模块
• 3.2.2 流量整形模块
• 3.2.3 AMC模块
• 3.3 IEEE 802.16系统改进的QoS架构中UPS模块设计
• 3.3.1 信息模块
• 3.3.2 调度数据库模块
• 3.3.3 服务分配模块
• 3.3.4 仿真结果
• 3.4 IEEE 802.16系统改进的QoS架构中接纳控制模块设计
• 3.4.1 优先级设定
• 3.4.2 动态带宽分配机制
• 3.4.3 基于优先级的动态带宽分配接纳控制机制
• 3.4.4 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 IEEE 802.16系统中VoIP服务调度算法设计
• 4.1 系统模型
• 4.2 IEEE 802.16系统中VoIP服务的传统算法和改进后的算法
• 4.2.1 UGS算法
• 4.2.2 rtPS算法
• 4.2.3 改进后的算法
• 4.3 性能分析
• 4.3.1 仿真环境及参数设置
• 4.3.2 三种算法的吞吐量分析
• 4.3.3 三种算法的时延分析
• 4.4 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 IEEE 802.16和IEEE 802.11e融合组网中QoS架构设计
• 5.1 IEEE 802.11e QoS机制分析
• 5.1.1 EDCF机制实现的QoS
• 5.1.2 HCF机制实现的QoS
• 5.2 IEEE 802.16 QoS机制分析
• 5.3 IEEE 802.16和IEEE 802.11e融合组网的QoS架构及映射机制
• 5.3.1 区分优先级的映射
• 5.3.2 参数化的映射
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 主要工作总结
• 6.2 未来研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文及研究成果
• 学位论文评阅及答辩情况表