基于WiMAX MAC层的QoS性能研究及优化仿真

摘要

随着社会数字化不断发展，人们对于通信的要求越来越高。WiMAX技术是新一代4G宽带技术，与3G技术相比，大大的提高了带宽和传输速率。IEEE802.16协议定义了WiMAX技术网络的MAC层和物理层的相关技术规定。QoS(Qualityof Service)服务质量是衡量现代网络优劣的主要标准。WiMAX对QoS支持使得研究基于WiMAX的QoS性能的提高成为一个研究热门话题。
　　 本文首先介绍了WiMAX的产生背景和本课题研究的意义，概括了IEEE802.16系列标准发展的过程。接着详细的讲解了WiMAX网络的框架和协议栈模型，对其在实际网络中MAC层工作的过程包括MAC层数据的交互、SS和BS初始化接入的过程、SS向BS申请带宽的过程、服务流在SS和BS间交互的过程以及物理层对MAC层的支持都做了详细的说明。然后主要研究了WiMAX的QoS架构，介绍3种已有的QoS构架和一般衡量QoS性能的参数，在此基础上详细分析了WiMAX的QoS构架的特点:对不同的业务进行了分类，建立了一整套保障分类机制的服务流建立、修改、删除机制，带宽分配机制以及调度机制。进一步通过实验仿真验证了WLAN网络QoS构架和WiMAX网络QoS构架的不同点来说明WiMAX的QoS架构的特点。其次重点分析已有的调度算法，对RR、EDF、MaxC/I三种调度进行了仿真，对比分析了这三种算法在公平性、时延性和高效性上的特点。介绍了已有的三种控制接入算法，从仿真结果中接入的连接情况、UGS类业务的QoS参数、rtPS业务韵QoS参数和整个WiMAX网络的QoS参数几个方面进行分析说明。同时也分析了一种二级调度机制，说明了这种调度机制的优缺点。最后在基于上述分析的基础上设计了一个QoS架构，设计了其中的控制接入算法，对UGS类业务的接入进行了重新定义，在已有的二级调度机制中，对各个业务类的内部调度算法进行了更改和改进。
　　 本文的仿真和算法改进都是在OPNET的WiMAX模块中进行的。通过仿真建模，设置相关参数，对各个SS终端加载不同的业务进行仿真，通过仿真验证了所设计的QoS架构提高了整个WiMAX网络的QoS性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容及章节安排

第2章 WiMAX的网络框架

2．1 WiMAX的系统结构及协议栈模型

2．2 WiMAX的MAC层工作过程

2．3．1 MAC层交互的数据

2．3．2 初始化接入过程

2．3．3 带宽请求机制

2．3．4 服务流的处理过程

2．3 物理层对MAC层的支持

2．4 本章小结

第3章 WiMAX的QoS架构分析

3．1 QoS架构介绍

3．1．1 现有的QoS架构

3．1．2 QoS性能衡量参数

3．2 无线城域网WiMAX的QoS架构

3．3 WiMAX与WLAN的QoS架构对比及仿真

3．3．1 WiMAX网络与WLAN网络对比

3．3．2 WiMAX和WLAN结果对比分析

3．4 IEEE802．16定义的QoS架构存在的不足

3．5 本章小结

第4章 基于WiMAX协议的QoS架构优化

4．1 调度算法分析

4．1．1 有线调度算法

4．1．2 无线调度算法

4．1．3 算法的仿真及对比分析

4．2 接入控制分析

4．2．1 接入控制算法

4．2．2 接入控制算法仿真分析

4．3 QoS调度机制分析

4．4 WiMAX协议的QoS架构设计

4．4．1 设计的QoS架构

4．4．2 接入控制算法设计

4．4．3 QoS调度机制设计

4．5 本章小结

第5章 基于OPNET的WiMAX网络搭建及优化

5．1 OPNET中WiMAX模块

5．2 搭建的拓扑结构

5．3 系统参数设置

5．4 仿真结果分析

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 课题总结

6．2 展望

参考文献

致谢