高速无线个域网的跨层设计与调度研究

摘要

高速无线个人网络协议IEEE 802.15.3是面向多媒体数据传输而设计的，旨在提供高速率、低功耗、低成本、低复杂度并能保证QoS的数据传输服务。协议MAC层采用了TDMA的信道接入方式，并定义了三种数据传输的ACK机制(No-ACK、Imm-ACK和Dly-ACK)可供选择，网络协调者(PNC)负责对多个数据流的接入进行调度。然而协议中并没有对ACK机制的优化使用以及如何调度数据流接入作规定，这是目前对于该协议的研究热点，也是本文的研究重点。 我们首先对协议中的Imm-ACK和Dly-ACK机制分别建立了数据传输模型，通过模型求解得到了传输吞吐量关于数据帧长度、传输速率、信道误码率、帧间隔时间以及ACK长度等参数的表达式。我们利用该表达式对ARO和HARQ下的吞吐量优化问题进行了分析，并与已有文献中的结果进行了对比，结果显示将HARQ技术与数据帧长优化相结合能够很好地改善系统的性能，尤其是对于信道状况较差的情形。此外，我们还在NS-2平台对传输模型进行了系统仿真，仿真的结果与数值优化得到的结果吻合的很好，这也验证了模型的正确性。 基于数据传输模型，我们对WPAN网络的跨层设计与数据流调度进行了研究。在跨层设计方案中，我们通过优化传输速率以及数据帧长度来实现吞吐量最大化；利用该结果，我们提出了最大化吞吐量的调度方案，并采用NS-2仿真工具对调度方案在IEEE 802.15.3协议中的实施性能进行了分析，结果显示对比固定帧长或者固定速率的调度方案，所提方案能够提供更好的性能提升，尤其对于网络负荷较重的情形；本文最后，我们结合MPEG4数据流的编码特性，将.FDA控制机制引入到调度方案中，对系统性能作了进一步的改进。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2课题研究背景

1.2.1 IEEE 802.15系列协议概述

1.2.2无线个人区域网技术概述

1.3课题研究现状

1.3.1 ACK机制的研究

1.3.2调度算法的研究

1.3.3跨层设计的研究

1.4论文主要工作和结构安排

1.4.1论文主要工作

1.4.2论文结构安排

第2章IEEE 802.15.3高速WPAN协议

2.1引言

2.2微微网结构

2.3超帧结构

2.4 MAC层的三种ACK机制

2.4.1 No-ACK

2.4.2 Imm-ACK

2.4.3 Dly-ACK

2.5 PHY层传输规范

2.6本章小节

第3章跨层设计与调度算法研究

3.1引言

3.2跨层设计原理及技术

3.2.1自适应编码调制

3.2.2自适应帧长调整

3.2.3混合自动重传请求技术

3.3调度算法设计概述

3.4本章小结

第4章IEEE 802.15.3传输模型分析

4.1引言

4.2数据传输模型分析

4.2.1 Imm-ACK机制的分析模型

4.2.2 Dly-ACK机制的分析模型

4.2.3 No-ACK机制的分析模型

4.3吞吐量性能分析

4.3.1 PHY层的BER性能

4.3.2 Imm-ACK机制的仿真分析

4.3.3 Dly-ACK机制的仿真分析

4.3.4最优ACK机制的仿真分析

4.4本章小结

第5章IEEE 802.15.3跨层设计与调度分析

5.1引言

5.2跨层设计与调度方案

5.2.1跨层设计方案

5.2.2调度设计方案

5.3系统仿真模型

5.3.1 IEEE 802.15.3调度模型

5.3.2 MPEG4数据流模型

5.3.3信道模型

5.4系统仿真结果

5.4.1仿真参数设置

5.4.2 MPEG4数据流特性

5.4.3信道变化特性

5.4.4跨层设计方案仿真

5.4.5跨层设计与调度联合仿真

5.5本章小结

结束语

参考文献

致谢