wimax+mesh网络下调度机制的研究

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1、摘要由于无线接入系统高带宽，灵活的移动性和QoS的要求，无线宽带接入技术近几年来受到越来越多的关注。其中基于IEEE802.16标准的WiMAX技术被认为是未来最受注目的一项技术。WiMAX解决了最后一英里的接入问题，可以提供5英里的无线覆盖范围，在视距下的传输带宽可以高达70Mbps。作为对单跳的PMP(点到多点)模式的补充，IEEE802.16标准里添加了Mesh连接的模式。在Mesh模式下，网络中的SS节点(SubstriberStation)可以在没有明显的区分上下行子帧的情况下组建起多点到多点的无线连接。WiMAXMesh网络分为两种调度机制：集中式调度机制和分布式调

2、度机制。在集中式调度机制中，中心基站掌握网络整体信息并负责分配所有带宽资源。在分布式调度机制中，节点自组织的通过三步握手过程协商带宽资源的分配。两种调度机制的带宽调度算法在很大程度上影响着网络的整体性能，而IEEE802.16标准中没有对两种调度机制的具体带宽分配算法进行规定。如何定义详细的调度算法优化网络性能成为WiMAXMesh网络的研究热点，同时也是本文研究的重点。本文首先针对WiMAXMesh网络的兴起和其依赖的IEEE802.16标准进行了简要介绍，并列举了当前WiMAXMesh网络的研究现状和WiMAXMesh网络两种调度机制中存在的问题。然后从数据帧结构，网络接入

3、，路由树构建、三步握手过程，集中式和分布式调度等几个方面对WiMAXMesh网络进行了深入的研究。其次，本文针对集中式调度机制建立了一个基于流公平的调度模型，深入分析了网络的节点干扰情况和数据流公平性情况，将集中式调度归结为一个0-1非线性规划问题。随后采用拉斯维加斯随机算法的思想，提出了集中式调度下的流公平调度算法，它包一个含随机初始化算法和一个调换算法，用以寻找该非线性规划调度问题的次优解。仿真实验表明，流公平的调度算法在各种规模的WiMAXMesh网络中都能较好的提高吞吐率，保障带宽分配的公平性。接着，本文深入研究了协调分布式调度下的三步握手过程，从数学分析上推导出出了三

4、步握手时间、节点的邻居数、节点及其邻居的三步握手参数的关系。提出了一个基于数据流QoS需求的动态握手参数调整方案，该方案根据节点的QoS需求，使高QoS需求的节点获得高优先级和更有竞争力的动态握手参数，充分保障了各种业务尤其是延时敏感业务的QoS需求。最后，本文提出了协调分布式调度机制下公平的速率均衡调度算法，算法一I方面平衡节点的输入输出数据流量，另一方面采用最大最小公平轮询算法进行具体带宽分配，达到各链路之间的带宽均衡。实验结果显示公平的速率均衡调度算法在轻负载和重负载网络下都有较好的性能表现。本文提出的WiMAXMesh网络下的调度策略具有高效公平的特点，能够为不同QoS

5、需求的业务提供高吞吐率、低延迟的稳定服务，有效的提升了网络性能，改善了用户体验，为WiMAXMesh网络中的其他研究提供有力依据。关键字：IEEE802.16标准，WiMAXMesh网络，集中式调度，协调分布式调度，带宽分配，流公平，QoS，速率均衡IIAbstractDuetothehighbandwidth,flexiblemobilityandQoSdemandsinwirelessaccesssystem,theBWA(BroadbandwirelessAccess)hasgainedanincreasedinteresttheseyears.TheWiMAX(Worl

6、dinteroperabilityforMicrowaveaccess)basedonIEEE802.16standardisoneofthemostpromisingtechnologiesinthefuture.Asthelast-milesolution,WiMAXcanoffergreaterwirelesscoverageof5miles,withLOS(LineofSight)transmissionwithbandwidthupto70Mbps.TheoptionalmeshnetworkconnectiondefinedinIEEE802.16-2004isth

7、esupplementofthesinglehopPMP(PointtoMultipoint)mode.IntheMeshmode,severalMeshSS(SubscriberStation)canconstituteasmallmultipointtomultipointwirelessconnection,withoutspecificuplinkanddownlinksub-frame.IEEE802.16meshprotocolspecifiestwoschedulingmech