无线城域网中带宽请求的接入控制

论文摘要

作为一种新兴的无线宽带网络,无线城域网具有高速度,远距离,高效率的优点,近年来成为了无线通信研究的热点。为了提供QoS支持,无线城域网采用了请求/授予模式来发送数据,即用户站想要发送数据时,首先必须向基站发送带宽请求。由于带宽请求是数据收发的前提,因而有效的带宽请求接入控制对无线城域网的性能具有重要的影响,它是无线城域网的一个基础问题。目前IEEE 802.16协议定义了轮询、捎带、借用、轮询位带宽请求发送方法,针对广播轮询时,协议推荐采用基于二进制指数回退算法的竞争解决方案,这些方法和方案为带宽请求的接入定义了框架和基础。但是各种方法的性能特征,适应范围,以及各种方法之间的选择都不在标准的定义范围。为了最大限度地使用无线资源并保证QoS的支持,论文研究了无线城域网中基于二进制指数回退算法的竞争解决方案的性能,给出了一种中心调度的竞争解决方案,针对组播轮询提出了一种二元组播轮询,讨论了单播轮询和广播轮询的选择算法,最后结合竞争和时分复用多路接入协议的特点,提出了一种n模的多路接入协议。这些研究对于无线城域网的组网和运营具有重要的指导意义。论文的具体工作为:（1）基于IEEE 802.16 MAC层的特征以及它与802.11的差别分析,论文给出了传送机会利用率u,带宽请求延时d等性能评价指标,并通过概率分析的方法给出这些性能指标的计算方法,通过理论和模拟结果分析,讨论了初始化竞争窗口w,最大竞争窗口Wmax、每帧中提供的传送机会数目Nto,用户站总数目N,活动用户站数目n等参数对系统性能的影响,基于这些分析,给出了无线城域网中设置系统参数的原则和方法。（2）通过对IEEE 802.16竞争性能的分析,论文发现基于二进制指数回退方法在某些情况下性能并不是最优的,在分析导致性能不能达到最优的原因的基础上,根据IEEE 802.16的特点,论文给出了一种中心调度的竞争解决方案,它的基本思想是,基站在每个时间帧把预测的当前活动用户站数目广播给所有的用户站,用户站每次以该数目参与竞争。理论分析和模拟结果表明,虽然基站对用户站点预测存在误差,但是中心调度的方法依然能达到比较好的性能,在很多指标上,它优于基于二进制指数回退算法的方案。（3）二进制指数回退方法和中心调度方法理论上性能都只能达到（1-1/n）n-1,这一结果在n比较大时并不理想,因此本文分析了无线城域网中单播轮询和组播轮询的性能特点,给出了一种二元组播轮询,通过将用户站两两分组,来提高竞争的成功率,理论分析表明,二元组播轮询在用户站点数目低于0.75倍总站点数目时,比单播轮询性能要好。结合广播轮询的特点,本文还给出了基站在选择广播轮询和单播轮询时的原则和方法。（4）带宽请求的发送本质上是一个多路接入点问题,多路接入有竞争和非竞争两种方式,竞争方式适合于用户站站点数目不多的情况,而非竞争方式则正好相反,为了有效地结合竞争方式和非竞争方式的优点,论文给出一种n模的多路协议,它的思想是:协调者（基站）将当前竞争的状况以n数广播给所有的站点,各个站点通过将自己的编号与n求模得到一余数r,然后站点在第r个时隙发送自己的数据。理论分析表明,这种方法无论是轻载荷还是重载荷时都有比较理想的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究背景
• 1.1.3 课题研究意义
• 1.2 研究的现状
• 1.3 研究思路及主要内容
• 1.3.1 本文研究的基本思路
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 论文的组织结构
• 第二章 无线城域网中带宽请求的特征分析
• 2.1 无线城域网的相关背景
• 2.1.1 无线城域网的发展简介
• 2.1.2 无线城域网的网络结构
• 2.1.3 802.16协议栈的参考模型
• 2.1.4 IEEE 802.16的QoS体系结构
• 2.1.5 无线城域网的信道模型
• 2.2 带宽的请求/授予模式
• 2.2.1 请求/授予模式的特点
• 2.2.2 用户站带宽请求的基本过程
• 2.3 带宽请求的发送机制
• 2.3.1 单播轮询
• 2.3.2 轮询位的使用方法
• 2.3.3 广播轮询和组播轮询
• 2.3.4 针对不同QoS的带宽请求策略
• 2.4 带宽请求的接入控制
• 2.4.1 混合式的带宽请求接入方法
• 2.4.2 带宽请求的接入控制需要解决的问题
• 2.4.3 带宽请求接入的性能评价指标
• 2.5 本章小结
• 第三章 IEEE 802.16中竞争解决方案的性能评价
• 3.1 基于BEB算法的中竞争解决方案的特点
• 3.1.1 IEEE 802.16中的竞争过程
• 3.1.2 IEEE 802.11中的竞争过程
• 3.1.3 IEEE 802.16同IEEE 802.11竞争机制的差别
• 3.2 性能分析
• to时用户站的发送概率'>3.2.1 不考虑N_to时用户站的发送概率
• to时用户站的发送概率'>3.2.2 考虑N_to时用户站的发送概率
• 3.2.3 传送机会利用率u
• 3.2.4 延时d的计算
• 3.3 模拟结果
• 3.3.1 初始化窗口W对性能的影响
• to对性能的影响'>3.3.2 传送机会数目N_to对性能的影响
• 3.3.3 系统性能同用户站数目的关系
• 3.4 本章小结
• 第四章 中心调度的竞争解决方案
• 4.1 IEEE 802.16中基于BEB竞争方案的不足
• 4.2 中心调度竞争解决方案
• 4.2.1 全局的优化窗口
• 4.2.2 中心调度的竞争解决方案CSCR
• 4.2.3 活动用户站的预测方法
• 4.3 性能分析
• 4.3.1 传送机会利用率
• 4.3.2 带宽请求延时
• 4.3.3 CSCR的公平性分析
• 4.4 模拟结果及分析
• 4.4.1 活动用户站点数目的预测结果
• 4.4.2 瞬时值的比较
• 4.4.3 公平性的比较
• 4.4.4 利用率和延时随活动用户站数目的变化
• 4.4.5 动态特性
• 4.5 本章小结
• 第五章 单播、组播和广播轮询的选择策略
• 5.1 广播，单播组播轮询理论最佳性能
• 5.1.1 广播、组播轮询的理论最佳性能
• 5.1.2 随机单播轮询的理论最佳性能
• 5.2 二元组播轮询
• 5.2.1 二元组播轮询的基本步骤
• 5.2.2 二元组播轮询利用率的分析
• 5.2.3 二元组播轮询延时的分析
• 5.3 随机单播轮询和广播轮询的选择策略
• 5.3.1 随机单播轮询和广播轮询选择问题的定义
• 5.3.2 广播轮询和单播轮询的代价
• u的理论计算'>5.3.3 单播轮询时间t_u的理论计算
• 5.3.4 随机单播轮询和广播轮询的简化选择
• 5.4 基站选择轮询类型的基本原则
• 5.5 本章小结
• 第六章 n模随机多路接入协议
• 6.1 随机多路接入协议概述
• 6.2 n模的随机多路协议
• 6.2.1 系统和信道模型
• 6.2.2 基本操作过程
• 6.2.3 n模协议操作举例
• 6.3 n模协议的性能分析
• 6.3.1 准确知道活动站点数目时的吞吐量
• 6.3.2 n模协议的延时分析
• 6.3.3 由于n估算误差带来的影响
• 6.4 活动站点数目的计算
• 6.4.1 泊松到达下的预测
• 6.4.2 随机到达时的预测
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 未来的工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻博期间参与科研项目情况及发表论文情况