WiMAX系统MAC层调度算法研究、设计与实现

论文摘要

基于IEEE 802.16系列标准的WiMAX无线城域网技术,以其覆盖范围广、传输距离远、传输速率快、多类型业务支持能力以及高效的组网方式,得到国内外众多厂商和专家学者的青睐,成为当前通信领域发展的热点。IEEE 802.16系列标准定义了无线城域网PHY层和MAC层技术规范。在PHY层,采用OFDM技术为无线环境下的数据可靠传输提供保证。在MAC层,根据业务的不同属性,定义了四种服务类型:UGS、rtPS、nrtPS和BE业务。与此同时,标准为MAC层提供了面向连接的传送机制和完善的业务流管理机制,以此保证各业务的QoS需求。然而标准并没有给出具体的调度实现算法。在高速率、多业务、带宽有限的情况下,如何根据不同用户不同业务的需求来有效地进行资源调度成为人们对WiMAX技术进行深入研究的热点。本文主要研究基于WiMAX的QoS保证机制的调度算法。首先简要介绍了WiMAX技术相关内容。然后对IEEE 802.16d协议规范进行了详细分析,尤其是对协议中已经明确定义的QoS保证机制进行了深入研究。在相关保证机制中重点分析了带宽请求/分配过程。随后,通过分析已有调度算法的特点,结合考虑WiMAX系统的业务特征,确立了WiMAX系统各业务的调度方案。在对比现有调度架构后,提出一种适用于WiMAX网络实时业务突发、基于改进DFPQ算法的分级调度策略。在此之后,对该分级调度策略各级调度器的实现进行了详细阐述。在本文的最后部分,通过GloMoSim网络仿真环境搭建WiMAX系统仿真平台并利用该仿真平台,对传统分级调度和改进的分级调度策略进行仿真验证。GloMoSim环境下的仿真结果表明,相较于传统分级调度算法,本文所提出的改进算法,在保证系统总吞吐量的前提下,降低了实时业务的平均延时,同时提高了实时业务的通过量。仿真结果证明,该调度策略在满足各业务QOS要求方面优于传统分级调度策略。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 宽带无线接入技术概述
• 1.1.1 宽带无线接入技术的特点
• 1.1.2 宽带无线接入技术的发展趋势
• 1.2 无线城域网WiMAX
• 1.2.1 WiMAX 发展历史及现状
• 1.2.2 WiMAX 技术特点
• 1.2.3 WiMAX 技术应用
• 1.2.4 WiMAX 发展趋势
• 1.3 本文主要内容及意义
• 1.4 论文结构
• 第二章IEEE 802.16 协议分析及相关QoS 机制
• 2.1 QoS 相关基础知识
• 2.1.1 QoS 的概念
• 2.1.2 QoS 的映射、协商和管理
• 2.1.3 QoS 的实现机制
• 2.1.4 在无线网中实现QoS
• 2.2 WiMAX 的网络拓扑结构
• 2.3 WiMAX 系统协议分析
• 2.3.1 WiMAX 系统参考模型
• 2.3.2 WiMAX 系统PHY 层帧结构
• 2.3.3 WiMAX 系统MAC 层
• 2.4 MAC 层QoS 的保证机制
• 2.4.1 相关基础概念
• 2.4.2 带宽请求/分配过程的分析
• 2.4.3 动态业务流管理
• 2.5 本章小结
• 第三章 分组调度算法研究
• 3.1 调度概述
• 3.1.1 调度的概念
• 3.1.2 衡量调度算法的性能指标
• 3.2 分组调度算法
• 3.2.1 基于静态优先级的算法
• 3.2.2 基于轮询的算法
• 3.2.3 基于GPS 的算法
• 3.2.4 基于时延的算法
• 3.2.5 基于信道状态的的算法
• 3.2.6 各种调度算法的比较
• 3.3 本章小结
• 第四章 WiMAX 系统MAC 层调度架构设计
• 4.1 系统模型与架构
• 4.1.1 网络模型
• 4.1.2 系统 QoS 架构
• 4.2 WiMAX 系统带宽调度策略设计
• 4.2.1 业务特征
• 4.2.2 传统的分级调度策略
• 4.2.3 改进的分级调度策略
• 4.3 各级调度器设计与实现
• 4.3.1 一级调度器
• 4.3.2 二级调度器
• 4.4 本章小结
• 第五章 WiMAX 系统MAC 层仿真软件平台实现及仿真结果分析
• 5.1 系统仿真环境概述
• 5.1.1 GloMoSim 层次结构
• 5.1.2 GloMoSim 事件调度
• 5.1.3 GloMoSim 各层协议的工作机理
• 5.2 WiMAX 仿真软件平台实现
• 5.2.1 仿真软件平台MAC 层功能实现
• 5.2.2 系统 MAC 层主要实现函数
• 5.2.3 实现流程图
• 5.2.4 子进程实现
• 5.3 仿真参数及结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文