无线通信系统中跨层优化技术的研究

论文摘要

技术改变着生活，生活推动了技术。高自由度、高质量互连互通的生活需求，给无线通信技术带来了越来越多的挑战。用户需求的多样性、无线信道的可变性和网络拓扑的动态性使得传统的分层网络设计显现出诸多不合理的地方，它不能有效地利用匮乏的频谱资源、没有考虑多媒体业务在视听表现上具有的模糊性、不能将分散在网络各个子层的特性参数进行协调融合等等。这些欠缺催生了新的设计理念，使得跨层优化彰显出魅力，成为未来无线宽带发展的关键技术之一。本论文以跨层设计的思想为主线，研究了无线TCP的改进策略、保证多媒体OoS的管理机制、无线局域网中MAC和TCP的互相影响以及蜂窝网中多用户分集调度对TCP的影响，主要工作如下： 讨论了在无线信道条件恶化时，如何根据用户的OoS要求降低TCP发送速率的最佳参数值，并在此基础上给出了两种调节TCP拥塞窗口的算法，最后从系统的角度提出全面的解决方案。本方案有效地保证了用户的OoS要求，同时又考虑到了系统吞吐量问题。 提出了一种层间交互的OoS管理机制。该机制通过在层间传递状态信息和控制信息，完成层内QoS参数的调节和层间OoS参数的映射，包括发送速率调节机制，源端数据整形策略以及媒体流的优先级和链路层队列优先级的映射机制。 分析了蜂窝系统中，多用户分集调度和TCP拥塞控制机制之间的相互作用所产生的问题，提出了一种主动ACK包转发控制策略(AAFC)，通过MAC层和传输层之间的消息传递来控制基站处ACK包的转发，以此来保证用户间TCP流的公平性以及链路层无线资源的最充分利用。 采用三维马尔可夫模型，推导了TCP在IEEE 802.11 DCF两种方式(RTS／CTS和CSMA／CA)混合工作时的TCP吞吐量模型。在此分析基础上，提出了RWB(Reserve Window Backoff)算法来减轻WLAN MAC接入机制和TCP拥塞控制之间的不良影响，从而提高了TCP的吞吐量，改善了TCP流的稳定性。 分析了调度算法轮询(RR)算法和最长队列优先(LQF)算法与TCP的相互作用关系。通过仿真LQF算法对TCP的不良影响，提出一种对LQF算法的改进策略。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线网络层间优化技术的发展现状及面临的主要问题
• 1.2.1 层间优化技术的发展现状
• 1.2.2 层间优化技术面临的主要问题
• 1.3 本论文的结构和内容
• 参考文献
• 第二章 无线环境下保证 QOS的 TCP协议设计
• 2.1 引言
• 2.2 端到端的 TCP拥塞控制算法
• 2.2.1 TCP RENO
• 2.2.2 VEGAS
• 2.2.3 TCP明晰重传方案
• 2.3 无线环境下保证 QOS的 TCP拥塞控制机制
• 2.3.1 求解最佳发送速率
• 2.3.2 新的 TCP拥塞控制机制
• 2.3.3 系统实现方案
• 2.4 仿真结果
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 跨层的 QOS管理机制
• 3.1 引言
• 3.2 有效容量链路模型
• 3.2.1 有效带宽理论
• 3.2.2 EC链路模型
• 3.3 跨层的 QOS管理方案
• 3.3.1 链路层的约束速率
• 3.3.2 层间 QOS参数的相互映射和作用
• 3.4 仿真试验及结果
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 无线局域网中 MAC接入对 TCP性能的影响及改进
• 4.1 引言
• 4.2 基于 IEEE 802.11 DCF的 TCP性能分析
• 4.2.1 IEEE 802.11协议
• 4.2.2 隐藏节点和暴露节点问题
• 4.3 多队列系统跨层 TCP模型分析
• 4.4 RWB算法描述
• 4.5 仿真结果
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 多用户调度与 TCP流控机制的影响分析及改进
• 5.1 引言
• 5.2 链路层调度策略
• 5.2.1 UMTS分组调度介绍
• 5.2.2 DSCH调度的研究
• 5.3 调度算法承载非实时业务存在的问题
• 5.3.1 仿真场景及性能指标
• 5.3.2 仿真结果分析
• 5.4 改进的LQF-RTP算法
• 5.4.1 算法描述与分析
• 5.4.2 仿真结果分析
• 5.5 多用户份集调度对 TCP有效性和公平性的影响
• 5.5.1 仿真模型
• 5.5.2 MAC层的调度模型
• 5.5.3 调度对 TCP公平性和有效性的影响
• 5.6 AAFC策略
• 5.6.1 策略概述
• 5.6.2 仿真结果
• 5.7 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结束语
• 6.1 本论文的主要工作和成果总结
• 6.2 今后的研究方向
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文