無線城域網格網(WiMAXMesh)QoS聯合優(yōu)化關鍵技術研究.pdf

1、作為一種新興的無線通信技術,無線網格網(Mesh)已經被越來越多的人認可為下一代網絡通信的關鍵技術之一。近些年來,由于其高速率和廣覆蓋等傳輸性能,無線城域網格網(WiMAX Mesh)在商界和學術界備受關注。與傳統的無線Ad-hoc不同,WiMAX無線Mesh路由器通常安放在固定位置而且由可靠電力線電源供電,并不受能量約束限制；同時,其網內的業(yè)務主要是來往于因特網的業(yè)務。因此,無線Ad-hoc網中兩個主要的問題,即能量約束和節(jié)點移動性,

2、對WiMAX無線Mesh網已經不再重要。相反,提供服務質量保障(QOS)成為提高WiMAX無線Mesh網性能的關鍵。
　　 本文針對WiMAX無線Mesh網中提供QoS保障的聯合優(yōu)化關鍵技術展開研究,其目的是結合WiMAx無線Mesh網MAC層不同調度機制的特點,提出集中模式下的最大效用優(yōu)化和分布模式下的融合化MAC層方法,系統地研究聯合MAC層調度的優(yōu)化解決方案來實現QoS保障。具體地說,在集中模式下,通常有一個節(jié)點(一般為網

3、關節(jié)點)來負責協調和管理整體網絡的調度,這樣的方式在某種程度上提供了一個全局優(yōu)化的可能,因此集中調度模式下以受MAC層鏈路調度約束的最大效用函數的聯合優(yōu)化為主；而在分布式模式下,由于標準定義了一個偽隨機競選算法來解決無線鏈路的競爭問題,優(yōu)化方法轉而為合理高效地使用MAC調度機制來成功實現QoS保障?；谶@兩種方法,本文的主要研究內容有:
　　 1,提出了一個集中調度模式下QoS多路徑路由分配的聯合優(yōu)化算法。算法把無線Mesh網中

4、的多路徑路由分配問題歸結為一個網絡效用最大化問題。利用網絡效用最大化的優(yōu)化方法,同時結合無線Mesh下的鏈路競爭矩陣模型,建立了基于多業(yè)務流類的多路徑路由分配聯合優(yōu)化問題模型。針對該問題的求解,本文先引入最近優(yōu)化算法解決了原問題目標函數的非嚴格凹函數性,然后又用原始對偶解法對優(yōu)化問題進行了求解。本文證明了聯合優(yōu)化問題的收斂性。仿真實驗表明,問題的優(yōu)化解能夠探測和感知到具有最大干擾的鏈路,準確地降低該鏈路的使用率,從而使網絡的整體優(yōu)化目標

5、得以實現；同時,與其它算法相比,該優(yōu)化算法能獲得更好的網絡總體收益?；谛в煤瘮低箖?yōu)化框架的算法為解決QoS多路由分配問題提供了一個新的思路。
　　 2,提出了一個集中調度模式下聯合MAC層調度的速率控制優(yōu)化算法。該算法的目的足在無線干擾環(huán)境下,通過控制無線Mesh網節(jié)點的數據速率使其都在承載容量范圍之內從而避免網絡過載所帶來的性能損失。利用K-hop干擾模型下的激活集概念,提出了以MAC層鏈路調度為約束的聯合速率控制凸優(yōu)化問題

6、模型。本文從理論上證明了該凸優(yōu)化算法的強對偶性,從而保證了原問題的優(yōu)化解和對偶問題優(yōu)化解的一致性。通過理論分析和證明,聯合MAC層調度的速率控制問題被原始對偶解法完美地分拆為鏈路調度和速率控制子問題從而能應用到傳統的分層網絡系統中。為了降低鏈路調度控制子問題的算法復雜度問題,該算法還使用了生成列算法。仿真結果表明:該算法不僅降低了算法復雜度,而且具有良好的收斂性,可以達到滿意的次優(yōu)解。
　　 3,提出了一個實現在WiMax無線M

7、esh網MAC層上的分布式路由算法?？紤]到無線Mesh中路由層需要依靠MAC層鏈路調度來提供足夠的帶寬保證,該路由算法實現在MAC層上。利用WiMax無線Mesh標準中的偽隨機競選算法,該算法利用各個節(jié)點當前MAC層的調度信息分布式地決定下一跳的路由,從而達到為實時業(yè)務流提供具有最短端到端時延路由的目的。仿真結果表明,該算法可以明顯降低實時業(yè)務的端到端時延,能提供分布式的動態(tài)路由。
　　 4,實現了WiMAX無線Mesh網中異構

8、QoS保障的公平分組調度算法。基于WiMAX的無線Mesh分布式調度標準,本文構建了一個實現在MAC層的區(qū)分服務框架并提出了適合異構流業(yè)務的公平模型。同時,利用了WiMAX標準的分布式調度機制,本文實現了聯合調度的異構QoS感知的公平分組調度算法。算法首先實現鏈路調度以完成帶寬分配,并實現了一個層次分組調度子算法。分組調度算法在異構QoS需求類之間實現嚴格的優(yōu)先級服務策略,而在同優(yōu)先級業(yè)務之間則實現了公平分組調度。仿真結果表明,算法可以