無(wú)線通信協(xié)議的建模與性能分析.pdf

1、近20年來(lái)，隨著通信手段的豐富和Internet的普遍應(yīng)用，新業(yè)務(wù)層出不窮，促使通信技術(shù)飛速發(fā)展，在需求的強(qiáng)大激勵(lì)和技術(shù)的有力支持下，通信領(lǐng)域經(jīng)歷了從窄帶到寬帶、從有線到無(wú)線、從固定到移動(dòng)的巨大變化。 通信領(lǐng)域里標(biāo)準(zhǔn)化極為重要。IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)化工作組致力于接入網(wǎng)絡(luò)的研究，其中無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)主要有IEEE 802.11局域網(wǎng)、IEEE 802.15個(gè)域網(wǎng)、IEEE802.16城域網(wǎng)、IEEE 802.20廣域網(wǎng)，另外IEEE

2、802.21工作組負(fù)責(zé)研究IEEE802系列接入網(wǎng)絡(luò)之間的互操作問(wèn)題。IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)化工作與相應(yīng)的協(xié)會(huì)和聯(lián)盟相配合，促進(jìn)規(guī)范的產(chǎn)業(yè)化。與IEEE 802.11工作組相對(duì)應(yīng)的是Wi-Fi聯(lián)盟，與IEEE 802.16相對(duì)應(yīng)則是WiMAX論壇。 IEEE 802.11屬于無(wú)線局域網(wǎng)范疇，實(shí)現(xiàn)“最后100m”接入。作為接入網(wǎng)，無(wú)線局域網(wǎng)既可以接入核心網(wǎng)，作為固定網(wǎng)的無(wú)線延伸，也可以與具備高速性能及更大覆蓋范圍的移動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，作

3、為2G和3G移動(dòng)網(wǎng)的分組接入網(wǎng)。從市場(chǎng)來(lái)看，這是到目前為止最為成功的無(wú)線接入系統(tǒng)。Inter將其功能內(nèi)嵌于筆記本電腦內(nèi)，為這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了更大的便捷。 IEEE 802.16屬于無(wú)線城域網(wǎng)范疇，實(shí)現(xiàn)“最后一公里”接入。IEEE 802.16是在IEEE 802.11有了初步實(shí)踐后，對(duì)新的需求進(jìn)行了充分分析，并在IEEE 802.11技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)與增強(qiáng)而產(chǎn)生的。IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布有著重要的意義，它是第2代寬

4、帶無(wú)線接入系統(tǒng)產(chǎn)生的標(biāo)志，并將成為寬帶接入的主流系統(tǒng)。 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是沒(méi)有中心實(shí)體的自組織網(wǎng)絡(luò)，依靠節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)作在移動(dòng)、復(fù)雜多變的無(wú)線環(huán)境中自行組網(wǎng)。移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是組網(wǎng)靈活性強(qiáng)、支持移動(dòng)性、易于迅速展開(kāi)、系統(tǒng)抗毀能力強(qiáng)。 通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)分析通信協(xié)議的性能是研究協(xié)議的一個(gè)重要方法。本文給出IEEE 802.16在PMP的工作模式下非實(shí)時(shí)的和盡力服務(wù)的數(shù)據(jù)流競(jìng)爭(zhēng)帶寬的馬爾科夫模型，分析了的帶寬請(qǐng)求

5、的延時(shí)與競(jìng)爭(zhēng)窗口的大小、用戶站的數(shù)量和每幀中的帶寬請(qǐng)求時(shí)隙數(shù)以及最大的重傳次數(shù)之間的關(guān)系。IEEE 802.16支持QoS，但沒(méi)有給出具體實(shí)現(xiàn)方案，而是讓商家根據(jù)不同的需要自行開(kāi)發(fā)，我們?cè)贜S-2中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)的支持QoS的帶寬調(diào)度算法并通過(guò)模擬驗(yàn)證。關(guān)于IEEE 802.11 MAC層的媒體接入控制機(jī)制在飽和條件下的模型已經(jīng)有很多，本文給出了一個(gè)飽和條件下的閉隊(duì)列模型和非飽和條件下的馬爾科夫模型，計(jì)算了平均延時(shí)這一性能指標(biāo)，并

6、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模擬驗(yàn)證了模型的有效性。針對(duì)局部擁塞可能導(dǎo)致路由協(xié)議的性能下降，我們對(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)典的AODV路由協(xié)議作了改進(jìn)。本文的結(jié)構(gòu)如下：在第一章里，我們簡(jiǎn)要介紹了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和IEEE 802.16、IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，以及廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件NS-2。在第二章，我們建立了IEEE 802.16在PMP模式下對(duì)非實(shí)時(shí)和盡力服務(wù)數(shù)據(jù)流競(jìng)爭(zhēng)帶寬的馬爾科夫模型，對(duì)平均延時(shí)進(jìn)行了分析，模擬結(jié)果表明模型是比較精確的。第三章里