Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中QoS保障的關(guān)鍵問題研究.pdf

1、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是一種非常具有發(fā)展?jié)摿Φ木W(wǎng)絡(luò)，也是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，所涉及的研究內(nèi)容非常廣泛，目前仍然存在一些需要徹底研究的問題，新的應(yīng)用也對它的研究和發(fā)展不斷提出新的挑戰(zhàn)。另一方面，通信和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展又為Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展創(chuàng)造了新的契機。本文著眼于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的QoS保障技術(shù)，分別從MAC層和物理層的角度研究了Qos保障的關(guān)鍵問題，在物理層保證業(yè)務(wù)的誤碼率和傳輸速率要求，在MAC層保證業(yè)務(wù)的時延、時延抖動和傳輸帶寬要求，

2、并對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中物理層與MAC層的跨層聯(lián)合設(shè)計進(jìn)行了初步的探討。 本文的主要內(nèi)容和貢獻(xiàn)包括以下幾個方面： 1．提出了具有QoS保障的分布式同步預(yù)約多址接入?yún)f(xié)議（DSRP）。以時分多址技術(shù)為基礎(chǔ)，將競爭機制和預(yù)約機制相結(jié)合，賦予實時業(yè)務(wù)優(yōu)先權(quán)。實時業(yè)務(wù)一旦成功預(yù)約某個時隙，可以在每幀固定占用這個時隙，直至一個業(yè)務(wù)突發(fā)結(jié)束，保證了傳輸帶寬和時延的要求，避免了時延抖動。通過合理設(shè)計幀結(jié)構(gòu)，解決了隱藏終端、暴露終端和入侵終

3、端問題，使得隱藏終端可以接收，暴露終端可以發(fā)送。通過理論分析，推導(dǎo)出信道利用率和分組平均丟棄率指標(biāo)，并且通過仿真驗證了理論分析。同IEEE802．11 DCF以及CATA協(xié)議的比較結(jié)果表明，DSRP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時具有較好的性能。 2。提出了在OFDM系統(tǒng)中通過自適應(yīng)調(diào)制實現(xiàn)不等錯誤保護(hù)（UEP）的算法。從用戶需求的角度出發(fā)，利用OFDM系統(tǒng)各個子載波功率系數(shù)不相同的特點，將全部子載波自適應(yīng)分為L組，每個子載波組的傳輸速率和

4、實際誤比特率滿足相應(yīng)重要性數(shù)據(jù)的要求，同時使得系統(tǒng)的總發(fā)射功率為最小。提出了子載波自適應(yīng)分組算法以及子載波組內(nèi)各個子載波的自適應(yīng)比特和功率分配算法（MTP AM-UEP）。仿真結(jié)果表明，MTP AM-UEP算法的功率接近于理論最小值，且能保證每個重要性數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量要求。與其他算法的比較結(jié)果表明，該算法在功率一定的前提下具有更好的傳輸質(zhì)量，在傳輸質(zhì)量相同的前提下具有最小的功率。 3．在MTP AM-UEP算法的基礎(chǔ)上通過將子載波

5、劃分為子帶來降低MTPAM-UEP算法的復(fù)雜度，同時減少系統(tǒng)信令傳輸和信道信息反饋帶來的開銷。研究了劃分子帶的自適應(yīng)調(diào)制MTP SAM-UEP算法在五種子帶等效功率系數(shù)計算方案下的性能，分別為最小增益、最大增益、倒數(shù)平均、幾何平均、算術(shù)平均方案。仿真結(jié)果表明，如果采用IEEE802．16 SUI-3信道模型，當(dāng)子帶等效功率系數(shù)采用幾何平均方案時，能夠在傳輸性能和功率消耗之間獲得最好的折衷，在一個子帶內(nèi)包含16個子載波時依然具有同MTP

6、AM-UEP算法可比的性能，具有較好的實用性。 4．分析了采用數(shù)據(jù)擴展（Data Spread）技術(shù)的OFDM模型的特點，在此基礎(chǔ)上說明原始數(shù)據(jù)符號具有完全相同的傳輸特性。為了提高傳輸質(zhì)量，可以對新數(shù)據(jù)符號的權(quán)值進(jìn)行調(diào)整，權(quán)值完全由信道特性決定。然后分析了數(shù)據(jù)擴展自適應(yīng)調(diào)制OFDM系統(tǒng)的特點，指出在原始數(shù)據(jù)符號間平均分配比特和功率就是最優(yōu)分配，而且原始數(shù)據(jù)符號的數(shù)量應(yīng)該等于子載波的數(shù)量。接下來分別研究了以容量最大化和功率最小化為

7、目標(biāo)的自適應(yīng)調(diào)制問題，給出了相應(yīng)的算法。最后將數(shù)據(jù)擴展技術(shù)應(yīng)用于不等錯誤保護(hù)傳輸，提出了以用戶需求為目標(biāo)的功率最小化數(shù)據(jù)擴展自適應(yīng)調(diào)制UEP算法（DS-MTP UEP）。仿真結(jié)果表明采用數(shù)據(jù)擴展技術(shù)后，系統(tǒng)性能比傳統(tǒng)OFDM中的自適應(yīng)調(diào)制算法稍差，但是解決了傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)中算法復(fù)雜度高，需傳輸大量調(diào)制參數(shù)信息的問題，并且可以保證數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量要求，具有重要的實際應(yīng)用意義。 5．將保障QoS的MAC協(xié)議和保障QoS的物理層傳輸方