WiMax mesh网络带宽调度与信道分配问题的研究

摘要

随着通信技术的发展，宽带无线接入受到越来越多的关注。全球微波接入互操作性(WiMax)技术是宽带无线接入领域的关键技术之一，具有传输距离远，传输速率高的特点，可以以较低的成本提供与有线基础设施相近的服务质量，因此具有广阔的发展前景。目前较为成熟的WiMax技术标准是IEEE802.16-2004。该标准定义了WiMax网络的两种工作模式，即点到多点(PMP)模式和多点到多点(mesh)模式。同PMP模式相比，mesh模式在可靠性、覆盖范围、传输距离等方面都有较好表现，但也面临着更复杂的带宽管理及与之相关的信道分配、路由等问题。本文针对这些问题进行了深入研究。 集中式调度是WiMax网络mesh模式下的主要调度方式，用于端到端带宽分配。本文第三章研究了多信道WiMax mesh网络中的调度问题。我们假定每个站点支持一个收发器且该收发器可以在不同信道间切换，在此基础上讨论了网络中需要的信道个数并给出线型网络上的最优调度算法。同时，我们提出了适用于一般拓扑结构多信道网络的集中式调度与信道分配算法，从理论上分析了算法的时间复杂度和近似比，并通过实验说明了该算法的有效性。实验结果还表明，对单收发器系统，使用两个信道可以获得与多个信道相近的性能。 在第三章的基础上，第四章研究了多收发器WiMax mesh网络中的路由和调度问题。我们首先提出了遵循IEEE802.16协议的以最小化网络干涉为目标的路由树构造策略，然后给出了适用于多收发器WiMax mesh网络的集中式调度算法并分析了算法性能。最后，这一章通过实验研究了信道个数和收发器个数对总传输时间的影响。 在WiMax mesh网络中，相邻站点可以采用非协调分布式信道接入算法进行通信，通信前首先通过“请求-授权-授权确认”三次握手建立连接，然后根据握手时的协商结果传输数据。如果握手时发生冲突，则按照二进制指数退避算法进行重传。第五章建立了非协调分布式调度的性能分析模型。假定网络构成规则的网格状，站点始终处于饱和状态，我们通过分析握手失败概率与站点传输概率间的关系建立方程，从而计算出系统所能达到的吞吐率。这一章还通过实验验证了理论模型的正确性。 随着网络技术的发展，如何利用网络上的计算及存储等资源成为当前研究的热点问题。第六章研究以WiMax为骨干网的混合mesh网络中的资源管理问题。我们将资源分为网格资源和p2p资源两类，针对这两种资源，分别设计了资源发布和资源搜索算法。同时，针对资源管理对底层传输的需求，这一章还提出了专门的MAC层带宽调度算法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2相关技术发展

1.2.1移动无线通信技术的发展

1.1.2无线mesh网络

1.2.3 WiMax网络研究现状

1.3本文研究内容及创新

1.4本文组织结构

第二章IEEE 802.16-2004标准简介

2.1 IEEE 802.16协议族

2.2 IEEE 802.16-2004协议概述

2.2.1 MAC层

2.2.2物理层

2.3 WiMax网络拓扑

2.4 PMP模式下的带宽分配与Qos机制

2.4.1 PMP模式下的帧格式

2.4.2连接与服务流

2.4.3带宽分配与调度

2.5 Mesh模式下MAC层相关机制

2.5.1 Mesh模式下的帧结构

2.5.2 Mesh模式下带宽调度机制分析

第三章WiMax mesh网络集中式调度算法研究

3.1.相关工作

3.2问题描述

3.2.1集中式调度简介

3.2.2系统模型

3.2.3问题定义

3.3消除第二类型干涉所需要的信道个数

3.4调度与信道分配算法

3.4.1对链状网络的调度

3.4.2对一般网络的调度

3.5实验模拟

3.5.1实验设计

3.5.2实验结果

3.6本章总结

第4章采用多收发器技术的WiMax mesh网络

4.1相关工作

4.2问题描述

4.2.1系统模型

4.2.2问题定义

4.3路由构建算法

4.3.1算法描述

4.3.2算法实例

4.4基于多收发器技术的WiMax mesh网络调度算法

4.4.1算法描述

4.4.2算法实例

4.4.3算法性能分析

4.5实验模拟

4.6本章总结

第五章WiMax mesh网络非协调分布式算法研究

5.1相关工作

5.2非协调分布式调度简介

5.3系统模型

5.3.1传输及干涉模型

5.3.2网络拓扑

5.3.3其他假设

5.4性能分析原理

5.5简化传输干涉模型下的性能分析

5.6实验模拟

5.7本章总结

第六章混合mesh网络中的资源管理

6.1相关工作

6.2混合mesh网络上的资源共享

6.2.1网络架构

6.2.2资源管理的功能

6.2.3与资源管理相关的调度

6.3资源发布与资源搜索

6.3.1资源发布

6.3.2资源搜索

6.4带宽调度

6.5实验模拟

6.6本章总结

第七章总结

7.1全文工作总结

7.2未来工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果