無線通信協(xié)議的建模與性能分析.pdf

1、近20年來，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、從有線到無線、從固定到移動的巨大變化。 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，其中無線接入網(wǎng)絡(luò)主要有IEEE 802.11局域網(wǎng)、IEEE 802.15個域網(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)之間的互操作問題。IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)化工作與相應(yīng)的協(xié)會和聯(lián)盟相配合，促進(jìn)規(guī)范的產(chǎn)業(yè)化。與IEEE 802.11工作組相對應(yīng)的是Wi-Fi聯(lián)盟，與IEEE 802.16相對應(yīng)則是WiMAX論壇。 IEEE 802.11屬于無線局域網(wǎng)范疇，實現(xiàn)“最后100m”接入。作為接入網(wǎng)，無線局域網(wǎng)既可以接入核心網(wǎng)，作為固定網(wǎng)的無線延伸，也可以與具備高速性能及更大覆蓋范圍的移動技術(shù)相結(jié)合，作

3、為2G和3G移動網(wǎng)的分組接入網(wǎng)。從市場來看，這是到目前為止最為成功的無線接入系統(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屬于無線城域網(wǎng)范疇，實現(xiàn)“最后一公里”接入。IEEE 802.16是在IEEE 802.11有了初步實踐后，對新的需求進(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)是沒有中心實體的自組織網(wǎng)絡(luò)，依靠節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)作在移動、復(fù)雜多變的無線環(huán)境中自行組網(wǎng)。移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是組網(wǎng)靈活性強(qiáng)、支持移動性、易于迅速展開、系統(tǒng)抗毀能力強(qiáng)。 通過建立數(shù)學(xué)模型來分析通信協(xié)議的性能是研究協(xié)議的一個重要方法。本文給出IEEE 802.16在PMP的工作模式下非實時的和盡力服務(wù)的數(shù)據(jù)流競爭帶寬的馬爾科夫模型，分析了的帶寬請求

5、的延時與競爭窗口的大小、用戶站的數(shù)量和每幀中的帶寬請求時隙數(shù)以及最大的重傳次數(shù)之間的關(guān)系。IEEE 802.16支持QoS，但沒有給出具體實現(xiàn)方案，而是讓商家根據(jù)不同的需要自行開發(fā)，我們在NS-2中實現(xiàn)了一個基于優(yōu)先級的支持QoS的帶寬調(diào)度算法并通過模擬驗證。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，本文給出了一個飽和條件下的閉隊列模型和非飽和條件下的馬爾科夫模型，計算了平均延時這一性能指標(biāo)，并

6、通過網(wǎng)絡(luò)模擬驗證了模型的有效性。針對局部擁塞可能導(dǎo)致路由協(xié)議的性能下降，我們對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模式下對非實時和盡力服務(wù)數(shù)據(jù)流競爭帶寬的馬爾科夫模型，對平均延時進(jìn)行了分析，模擬結(jié)果表明模型是比較精確的。第三章里