無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能分析及服務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的通信需求，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要承載的用戶越來(lái)越多，并且用戶業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求越來(lái)越嚴(yán)格。如何在有限的無(wú)線資源下，為越來(lái)越多的用戶業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量(QoS，Quality of Service)保障，是當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。為網(wǎng)絡(luò)中的用戶業(yè)務(wù)提供QoS保障的基礎(chǔ)是充分了解網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及所采用的協(xié)議如何影響網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)，進(jìn)而才能設(shè)計(jì)出更有效的QoS保障算法，因此無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能分析是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的重要研究?jī)?nèi)容。

2、
　　在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，由于無(wú)線信道易受到噪聲、干擾和其他環(huán)境因素的影響，且這些影響因素還隨時(shí)間變化，因此無(wú)線信道是不可靠的且時(shí)變的;同時(shí)，由于無(wú)線頻譜資源的有限性，以及用戶對(duì)資源共享方式的多樣性使得網(wǎng)絡(luò)為用戶提供的服務(wù)過(guò)程越來(lái)越復(fù)雜，用戶的服務(wù)速率難以建模和計(jì)算。另一方面，隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)類(lèi)型的增多，除具有突發(fā)性，業(yè)務(wù)的到達(dá)還具有自相似性和長(zhǎng)時(shí)相關(guān)性。服務(wù)過(guò)程的復(fù)雜性及業(yè)務(wù)到達(dá)的自相似性使得分析無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能變得非常困難。
　

3、　針對(duì)現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能分析方法的不足，本文結(jié)合概率論和網(wǎng)絡(luò)演算理論，研究了適用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能分析方法，并基于所得分析結(jié)果提出了為用戶業(yè)務(wù)提供QoS保障的方法。本文的具體內(nèi)容如下:
　　1、提出了基于剩余有效容量的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能分析方法。針對(duì)現(xiàn)有分析方法無(wú)法同時(shí)對(duì)具有長(zhǎng)時(shí)相關(guān)性的業(yè)務(wù)到達(dá)過(guò)程和復(fù)雜、不可靠的節(jié)點(diǎn)服務(wù)過(guò)程進(jìn)行建模的不足，提出一種分析無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能的理論框架—基于剩余有效容量的網(wǎng)絡(luò)性能分析模型，該理論框架結(jié)合了有效帶寬理論

4、和有效容量理論，將用戶性能指標(biāo)的計(jì)算轉(zhuǎn)化成對(duì)業(yè)務(wù)到達(dá)過(guò)程的有效帶寬和節(jié)點(diǎn)服務(wù)過(guò)程的有效容量的計(jì)算。通過(guò)證明有效容量函數(shù)的線性性質(zhì)，提出了剩余有效容量的概念，說(shuō)明了該理論框架的可行性。針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中用戶共享資源的特性，將多址接入?yún)f(xié)議對(duì)用戶性能的影響建模成二元組，便于節(jié)點(diǎn)服務(wù)過(guò)程的有效容量的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶緩存內(nèi)的排隊(duì)情況的刻畫(huà)。應(yīng)用所提出的方法，計(jì)算出了采用TDMA、FDMA、CSMA/CA和ALOHA協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延性能。仿真結(jié)果和分

5、析結(jié)果的比較說(shuō)明所提出的分析方法可以對(duì)多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的平均端到端時(shí)延性能進(jìn)行很好地估算。
　　2、提出了一種分析多跳網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延分布的方法，并設(shè)計(jì)了一種為用戶業(yè)務(wù)提供統(tǒng)計(jì)QoS保障的接納控制算法。針對(duì)無(wú)線信號(hào)傳播特性導(dǎo)致的分布式多跳網(wǎng)絡(luò)隱藏終端問(wèn)題和業(yè)務(wù)自相似性對(duì)多址接入?yún)f(xié)議性能的影響，提出一種改進(jìn)的IEEE802.11多址接入?yún)f(xié)議分析模型。結(jié)合該模型的分析結(jié)果和剩余有效容量分析模型，給出了計(jì)算多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延分布的方法。仿

6、真結(jié)果和分析結(jié)果的對(duì)比證明了所提分析方法的準(zhǔn)確性。對(duì)比不同網(wǎng)絡(luò)配置下的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)無(wú)線信道的不可靠性和隱藏終端問(wèn)題會(huì)惡化端到端時(shí)延性能，忽略這兩個(gè)因素的影響會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果過(guò)好地估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際性能?；谒梅治鼋Y(jié)果，設(shè)計(jì)了一種接納控制算法，將其性能與基于其他準(zhǔn)則的接納控制算法的性能比較，結(jié)果表明所提出的接納控制算法不僅可以有效地為用戶業(yè)務(wù)提供QoS保障，還可以提高網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率。
　　3、提出了一種基于有效容量的認(rèn)知用戶性能分析方

7、法。針對(duì)現(xiàn)有分析方法的不足，即當(dāng)授權(quán)用戶的狀態(tài)不滿足馬爾科夫性時(shí)，現(xiàn)有分析方法無(wú)法刻畫(huà)授權(quán)用戶的參數(shù)對(duì)認(rèn)知用戶性能的影響，提出了一種認(rèn)知用戶性能分析方法。首先，針對(duì)授權(quán)用戶狀態(tài)的非馬爾科夫性，借助輔助變量法，提出了一個(gè)新馬爾科夫鏈模型，該模型可以描述授權(quán)用戶對(duì)無(wú)線信道的占用情況。隨后，通過(guò)對(duì)該模型的分析發(fā)現(xiàn)，可以把認(rèn)知用戶服務(wù)過(guò)程建模成馬爾科夫調(diào)制過(guò)程，并提出了認(rèn)知用戶的有效容量的計(jì)算方法，得到了授權(quán)用戶參數(shù)與認(rèn)知用戶的有效容量的關(guān)系。