无线移动网络中基于QoS保障的跨层优化研究

论文摘要

目前,无线移动网络中业务的实时性、公平性等QoS性能难以得到保障,成为制约无线移动网络发展的突出问题。从QoS保障技术的角度分析,发现问题如下:(1)静态的QoS映射方法无法有效体现用户包括实时性在内的多种QoS需求;(2)传统调度算法的性能在无线信道环境下会被严重削弱,且无法满足业务实时性和用户公平性的要求;(3)传统拥塞控制机制难以精确判别网络拥塞的真正原因,会导致不必要的拥塞避免和窗口缩小,加剧了系统时延和重传,损害了无线业务的实时性和连续性。而跨层设计作为下一代无线移动通信系统的一项关键技术,能够通过跨层优化来改善业务的QoS保障,为本文的研究提供了新的思路。为克服无线移动网络时变性和移动性等不足,保障无线业务的QoS需求,论文从跨层优化的角度出发,分别从QoS映射、时隙分配和拥塞控制三个方面提出了跨层优化机制。其研究内容主要包括:1、提出了一种基于服务等级协定(SLA)的灰关联分析(GRQM)跨层映射算法。针对无线移动网络中现有QoS映射方法的不足,该算法通过寻求用户感知QoE与承载网络层QoS指标的最大贴近度,实现用户QoS需求的精确映射。理论分析和仿真验证表明:该算法能够改善QoS静态映射和简单线性映射的局限性,使QoS映射结果能够更准确地反映用户QoS要求。2、设计了一种面向实时业务的跨层时隙分配算法。该算法综合考虑业务实时性要求、MAC层信道状态和网络层队列长度等信息,根据分组时延和实时吞吐量确定分组的调度优先级,并分配时隙资源。理论分析和仿真验证表明:在保障业务吞吐量的基础上,该算法能够有效防止高优先级和信道条件好的用户过分占用资源,保障低优先级和信道条件较差的用户业务,在保障业务实时性的同时,有效改善系统的公平性。3、提出了一种跨层拥塞分级控制(GradeCC)改进方案。该方案在接收端网络层建立Snoop跨层模块,并根据链路层的数据传输参数判断网络拥塞程度,将其以显式消息的方式递交给发送端,使其能够有效地区分拥塞丢包和误码丢包,并采取精确窗口控制以缓解网络拥塞。理论分析和仿真验证表明,拥塞分级使发送端能够根据网络拥塞状况,迅速、精确地调整窗口大小;在误码丢包时尽量不降低发包速率,保障网络吞吐量以及业务的实时性和公平性。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 无线移动网络QoS 保障的研究意义
• 1.1.2 QoS 保障的跨层研究内容
• 1.2 课题研究问题
• 1.2.1 无线移动网络QoS 保障技术研究现状
• 1.2.2 现有QoS 保障技术存在的问题
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 无线移动网络QoS 机制及跨层优化分析
• 2.1 引言
• 2.2 无线网络QoS 机制概述
• 2.2.1 3G 网络中QoS 机制
• 2.2.2 WLAN 中QoS 机制
• 2.3 无线移动网络中QoS 映射机制
• 2.3.1 无线移动网络中QoS 映射的意义
• 2.3.2 基于策略的QoS 协商和映射机制
• 2.4 无线移动网络中跨层设计与挑战
• 2.5 小结
• 第三章 无线移动网络中基于用户感知的QoS 跨层映射
• 3.1 引言
• 3.2 基于用户感知的QoS 跨层映射算法
• 3.2.1 设置QoS 映射集合矩阵
• 3.2.2 QoS 映射集合的更新学习
• 3.2.3 GRQM 跨层映射算法描述
• 3.2.4 QoE 到SLA 的映射
• 3.3 算法分析与仿真
• 3.3.1 GRQM 跨层映射算法分析
• 3.3.2 算法仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 无线移动网络中跨层时隙分配算法
• 4.1 引言
• 4.2 无线网络中分组调度算法分析
• 4.3 面向实时业务的跨层时隙分配算法
• 4.3.1 支持跨层的无线链路技术
• 4.3.2 跨层分组调度算法设计
• 4.3.3 跨层时隙分配算法描述
• 4.4 算法分析与仿真
• 4.4.1 算法流量控制与移动性支持
• 4.4.2 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 无线移动网络中跨层拥塞分级控制方案
• 5.1 引言
• 5.2 TCP 拥塞控制演进和技术支持
• 5.2.1 TCP 拥塞控制演进与发展
• 5.2.2 TCP 链路层技术支持
• 5.3 无线网络中TCP 拥塞控制方案
• 5.3.1 TCP 拥塞控制在无线网络中的问题
• 5.3.2 无线网络中TCP 拥塞控制
• 5.4 TCP 跨层拥塞分级控制改进方案
• 5.4.1 TCP 跨层合作方式
• 5.4.2 基于显式通知的GradeCC 方案
• 5.4.2 拥塞分级的度量参数
• 5.4.3 拥塞分级的状态识别
• 5.4.4 基于拥塞分级的发送端窗口控制
• 5.4.5 网络异常时发送端控制机制
• 5.5 仿真及性能分析
• 5.6 小结
• 结束语
• 参考文献
• 作者简介攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢