下一代宽带无线接入中基于IEEE802.11和IEEE802.16MAC层QoS机制的研究及改进

摘要

当前随着通信业向传输宽带化、业务多样性的趋势发展，宽带无线接入以其组网灵活迅速、升级维护方便以及高速双向数据传输等优点赢得了业界的青睐，技术发展日新月异，业务应用日益广泛。面对技术的变革和人们对信息需求的增长，宽带接入正在向产业界展现出一个巨大的市场。有资料表明，在美国未来的5～10年，无线宽带接入市场将达100亿美金。在中国，随着中国电信业的迅猛发展，宽带网络建设正展现出前所未有的发展态势。中国电信、中国联通、中国网通、中国移动等中国主要运营商，都注重建设高速宽带数据通信网。无疑，针对这些电信运营商的宽带骨干网而言，新一轮的竞争将是宽带无线接入。 作为宽带无线接入中基于局域网和城域网的标志性技术，WiFi和WiMAX技术不断发展和成熟，对QoS支持的不断改善，推动了宽带无线接入技术的发展和进步，刺激了市场的增长。 WiFi联盟的成立，旨在保证不同设备商产品的兼容性和互操作性，今天WiFi几乎与IEEE802.11和WLAN成了同名词。与此类似，WiMAX作为推动IEEE802.16标准和产品发展的国际组织，在宽带无线接入领域的影响日益增强。今天WiMAx也几乎成为了IEEE802.16的同名词。 近年来业内也出现了有关WiFi、WiMAX取代3G的声音。WiFi和WiMAX无线接入技术有很高的接入速率，架构灵活，就解决无线宽带的应用而言，可支持移动计算，系统的造价费用也相对较低且扩展性较好，尤其是在热点地区应用比较广泛，近来有很多地方把该项目应用作为通信领域的新亮点。 对于网络用户来说，提供适当的QoS保证至关重要。宽带无线接入对QoS要求的有效支持是它能在未来通信领域中获得成功的关键。<'[1-3]>本文在研究了WiFi和WiMAX现有的QoS技术基础上，对其进行了改进。对于WiFi的OoS技术改进：首先，在保证最大容忍延时的基础上，改进了EDCF机制，在保证高优先级服务的基础上，提高了视频服务在高负载下的性能。然后，把基于信道条件的P因子引入到信道接入机制中，提出一种动态自适应EDCF机制，进一步提高了各优先级业务流在中、高信道负载下的性能。最后，基于优先级业务流，对EDCF-BTA提出一种有噪信道中综合考虑碰撞和差错影响的理论模型，并在该模型的基础上对有噪信道中EDCF-BTA机制的性能进行理论分析和研究。对于WiMAX的QoS技术改进，本文在802.16已有QoS调度架构的基础上，设计出一种改进的跨层QoS调度架构，并详细介绍了该架构下各功能模块的功能和具体实现方法。最后，设计了一种在WiMAX+WiFi融合网中基于QoS保障的AP。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文缩略语

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章引言

1.1宽带无线接入(BWA)技术的发展

1.2 BWA技术的QoS需求

1.3课题的提出

1.4论文内容安排

1.5本章小结

第二章IEEE802.11 MAC层协议研究

2.1 MAC帧类型及格式

2.1.1帧类型

2.1.2通用帧格式

2.1.3数据帧

2.1.4管理帧

2.2无线媒体接入协议

2.2.1 DCF机制

2.2.2 PCF机制

2.3本章小结

第三章IEEE802.16 MAC层协议研究

3.1特定服务汇聚子层(CS)

3.2公共部分子层(CPS)

3.2.1 MAC PDU的构建和传送

3.2.2网络接入

3.2.3带宽请求与分配

3.2.4服务流管理

3.3安全子层(SS)

3.3.1安全联系(SA)

3.3.2加密方法

3.4本章小结

第四章IEEE802.11 MAC层QOS机制的研究及改进

4.1 IEEE802.11E帧格式

4.2 IEEE802.11E MAC层QoS机制的研究

4.2.1 IEEE802.11e MAC层的功能描述

4.2.2 EDCF机制研究

4.2.3 EDCF-CFB机制

4.3 IEEE802.11E MAC层QoS机制的改进

4.3.1基于IEEE802.11e EDCF的动态优先级机制设计

4.3.2基于IEEE802.11e EDCF的动态自适应信道接入机制设计

4.3.3有噪信道中基于IEEE802.11e群ACK机制的模型建立及其性能分析

4.4本章小结

第五章IEEE802.16 MAC层QOS机制的研究及改进

5.1 IEEE802.16系统的QoS架构

5.1.1服务类别的定义

5.1.2交互机制和IEEE802.16已有QoS架构

5.2 IEEE802.16系统QoS架构的改进

5.2.1缓冲模块

5.2.2接纳控制模块

5.2.3信息模块

5.2.4数据库模块

5.2.5 QoS分组模块

5.2.6流量成形模块

5.2.7自适应调制编码(AMC)模块

5.2.8小结

5.3 WiMAX+WiFi融合网中基于QoS保障的融合AP设计

5.4本章小结

第六章总结和展望

6.1论文主要工作的总结

6.2前景与展望

6.3本章小结

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表的学术论文及研究成果