移动WiMAX网络的小区切换方案研究

论文摘要

IEEE 802.16e移动宽带无线接入标准的出现推进了多媒体业务与无线移动融合,也引发了对于移动宽带无线接入技术问题的思考,其中包括小区切换问题。移动用户的日益增加,大量高速多媒体数据业务的出现都对WiMAX系统容量提出挑战。如何设计合理的切换方案,引导移动用户及时并智能地进行WiMAX小区切换成为一项值得研究的课题。针对这一问题,本文提出了一种新型的基于容量估计和邻居广播技术的WiMAX切换方案,该方案适用于多WiMAX小区覆盖的网络场景,在移动用户数多,数据流量大的易拥塞网络环境下,该方案具有比较明显的网络优化作用。根据研究过程,本文首先对WiMAX协议标准以及现有的小区切换方案中的算法、策略、控制模式以及切换技术做了基础研究和介绍。在各小区切换方案中,本文深入研究了适用于移动WiMAX网络的802.16g快速切换技术,对该技术的系统性能进行了理论分析和网络仿真验证,并得到结论,即快速切换技术能够降低切换丢包率,但并不能有效解决网络拥塞环境造成的持续丢包问题,具有一定局限性。通过总结现有小区切换方案与WiMAX网络特性相结合的难点与问题,本文随之提出新型的基于容量的小区切换方案。其中的创新点包括:方案基于WiMAX小区容量估计和邻居广播技术,以小区有效空闲容量为策略触发切换,从而达到基站间流量均衡;方案系统模型中根据IEEE 802.16标准中OFDM物理层定义提出了一种准确估算WiMAX基站有效容量的理论公式;方案同时设计了一项原创的全局切换概率参数,能够简单有效地控制小区切换问题中的“切换同步效应”。本文研究工作量中一个重要部分在于实现移动WiMAX网络小区切换的仿真。由于NS-2仿真软件本身不提供WiMAX网络和WiMAX小区切换的支持,研究过程中对NS-2和NIST移动扩展包的数据结构进行了深入研究,并通过修改不同类文件中的大量源代码构架了NS-2下支持WiMAX小区切换的仿真环境,实现了本文提出的切换方案。通过对提出的切换方案进行仿真,证实该方案可以有效降低网络拥塞,快速显著地提升系统吞吐量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 宽带无线接入（BWA）发展和WiMAX 标准
• 1.1.2 WiMAX 网络小区切换问题
• 1.2 研究动机与意义
• 1.3 论文的结构安排
• 第二章 IEEE 802.16 （WIMAX）技术标准
• 2.1 IEEE 802.16 标准发展
• 2.2 IEEE 802.16 协议框架
• 2.2.1 物理层（PHY）
• 2.2.2 介质接入层（MAC）
• 2.3 WIMAX 网络结构
• 2.3.1 WiMAX 两种工作模式：PMP 和Mesh 模式
• 2.3.2 WiMAX 网络拓扑
• 2.4 本章小结
• 第三章 现有小区切换方案研究
• 3.1 无线网络切换算法
• 3.1.1 切换策略测量值
• 3.1.2 切换触发准则
• 3.1.3 目标小区选择
• 3.1.4 切换控制模式
• 3.1.5 几种典型的小区切换方案
• 3.2 IEEE 802.16E 标准的切换机制
• 3.2.1 切换类型
• 3.2.2 切换过程
• 3.3 IEEE 802.16G 与MIH 技术简介
• 3.3.1 IEEE 802.169
• 3.3.2 MIH 介绍
• 3.4 本章小结
• 第四章 对于802.16G 快速切换技术的理论分析与仿真
• 4.1 基于802.16G 快速切换技术的WIMAX 网络小区切换方案
• 4.1.1 快速切换技术方案
• 4.1.2 理论性能分析
• 4.2 系统仿真实现与结果分析
• 4.2.1 仿真软件环境
• 4.2.2 仿真场景
• 4.2.3 仿真结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 新型的基于系统容量的WIMAX 切换方案
• 5.1 现有切换方案应用于WIMAX 网络的难点与问题
• 5.2 方案适用的环境和相关核心技术
• 5.2.1 OFDM 技术
• 5.2.2 越区切换控制模式
• 5.2.3 邻居广播
• 5.2.4 快速小区切换技术
• 5.3 系统模型的建立
• 5.3.1 基站有效容量估算
• 5.3.2 邻居基站空闲容量广播
• 5.3.3 切换触发条件
• 5.3.4 目标小区决策算法
• 5.4 系统仿真实现与结果分析
• 5.4.1 仿真软件环境
• 5.4.2 仿真场景
• 5.4.3 仿真结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要成果
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 缩略语
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录