【硕士论文】WiMax+mesh网络带宽调度与信道分配问题的研究.pdf

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1、摘要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(WiMa)【)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WiMa)【网络的两种工作模式，即点到多点(PⅧ)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

2、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WiMa)【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wiMa)【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

3、为目标的路由树构造策略，然后给出了适用于多收发器晰MaXmesh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WMaXmesh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问的关系建立方程，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

4、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T网的混合mesh网络中的资源管理问题。我们摘要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mC层带宽调度算法。关键词：WMa)(，802．16．2004，带宽分配，信道分配，路由，调度．第一章绪论第一章绪论无线宽带接入技术是无线通信领域的重要研究课题，WMax技术是在城域网中实现宽带无线接入的技术标准。如何有效利用wiMa】【网络带宽资源，提高晰MaX网络服务质量是当前无线通信领域的热点

5、问题。本文针对WiMa】‘网络mesh模式下的带宽分配与调度进行了深入研究，提出了有效的路由，调度及信道分配算法，以充分利用网络带宽资源。本章首先介绍了课题的研究背景和研究意义，然后介绍了与本文相关的研究方向。主要包括移动无线通信、无线mesh网络、WiMa)【等领域的发展现状，最后对本文的组织结构进行了说明。1．1研究背景和意义随着移动通信技术的发展。终端用户对通信的要求逐渐提升。一方面，移动用户不满足于简单的语音、短信等业务，而需要图像、视频及其他对带宽需求更高的服务。另一方面，因特网用户也要求能够在移动环境中随时随地接入网络。因此，移动通信网络有与IP技术融合的趋势。下一代通信网络(NG

6、N)将是全IP的通信网络。该网络的核心是具有较高服务质量保证的固定网络，边缘则是则是各种有线或无线接入系统。图1．1给出了NGN的网络结构示意图。图¨卜-一代网络结构示意图第一章绪论在全IP通信网络中，无线城域网(WMAN)是主要的无线接入技术之一，用于在“最后一英里”范围提供室外宽带无线接入，以替代Cable，DSL，Tl／E1等有线接入设施。无线城域网通信距离远，覆盖范围广，服务质量高的特点使之具有巨大的发展潜力，而对该技术的研究也成为当前无线通信领域的热点问题之一。1999年，IEEE802委员会专门成立了802．16工作组，以开发适用于无线城域网的宽带无线接入标准。为了推广802．16

7、工作组所制定的一系列标准并解决与其他技术间的互操作问题，由英特尔等多家公司共同组建了WiMax组织。作为一项新兴的宽带无线接入技术，WMa)(可以提供与有线网络相当的服务质量，因此具有广泛的应用前景。WiMaX网络由一个基站(BS)与多个用户站(SS)组成。最初的IEEE802．16协议仅支持单点到多点(PⅧ)模式，所有SS站点必须与BS站点直接通信。为了提高系统吞吐率，增加网络覆盖范围及通信距离