無線網(wǎng)絡性能分析及服務質(zhì)量保障技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線網(wǎng)絡的發(fā)展和人們?nèi)找嬖鲩L的通信需求，無線網(wǎng)絡需要承載的用戶越來越多，并且用戶業(yè)務對網(wǎng)絡的要求越來越嚴格。如何在有限的無線資源下，為越來越多的用戶業(yè)務提供服務質(zhì)量(QoS，Quality of Service)保障，是當前無線網(wǎng)絡發(fā)展面臨的一個重要挑戰(zhàn)。為網(wǎng)絡中的用戶業(yè)務提供QoS保障的基礎(chǔ)是充分了解網(wǎng)絡參數(shù)及所采用的協(xié)議如何影響網(wǎng)絡的性能指標，進而才能設計出更有效的QoS保障算法，因此無線網(wǎng)絡的性能分析是無線網(wǎng)絡的重要研究內(nèi)容。

2、
　　在無線網(wǎng)絡中，由于無線信道易受到噪聲、干擾和其他環(huán)境因素的影響，且這些影響因素還隨時間變化，因此無線信道是不可靠的且時變的;同時，由于無線頻譜資源的有限性，以及用戶對資源共享方式的多樣性使得網(wǎng)絡為用戶提供的服務過程越來越復雜，用戶的服務速率難以建模和計算。另一方面，隨著無線網(wǎng)絡中業(yè)務類型的增多，除具有突發(fā)性，業(yè)務的到達還具有自相似性和長時相關(guān)性。服務過程的復雜性及業(yè)務到達的自相似性使得分析無線網(wǎng)絡性能變得非常困難。
　

3、　針對現(xiàn)有無線網(wǎng)絡性能分析方法的不足，本文結(jié)合概率論和網(wǎng)絡演算理論，研究了適用于無線網(wǎng)絡的性能分析方法，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線網(wǎng)絡性能分析方法。針對現(xiàn)有分析方法無法同時對具有長時相關(guān)性的業(yè)務到達過程和復雜、不可靠的節(jié)點服務過程進行建模的不足，提出一種分析無線網(wǎng)絡性能的理論框架—基于剩余有效容量的網(wǎng)絡性能分析模型，該理論框架結(jié)合了有效帶寬理論

4、和有效容量理論，將用戶性能指標的計算轉(zhuǎn)化成對業(yè)務到達過程的有效帶寬和節(jié)點服務過程的有效容量的計算。通過證明有效容量函數(shù)的線性性質(zhì)，提出了剩余有效容量的概念，說明了該理論框架的可行性。針對無線網(wǎng)絡中用戶共享資源的特性，將多址接入?yún)f(xié)議對用戶性能的影響建模成二元組，便于節(jié)點服務過程的有效容量的計算，實現(xiàn)了對用戶緩存內(nèi)的排隊情況的刻畫。應用所提出的方法，計算出了采用TDMA、FDMA、CSMA/CA和ALOHA協(xié)議的網(wǎng)絡的時延性能。仿真結(jié)果和分

5、析結(jié)果的比較說明所提出的分析方法可以對多種無線網(wǎng)絡的平均端到端時延性能進行很好地估算。
　　2、提出了一種分析多跳網(wǎng)絡端到端時延分布的方法，并設計了一種為用戶業(yè)務提供統(tǒng)計QoS保障的接納控制算法。針對無線信號傳播特性導致的分布式多跳網(wǎng)絡隱藏終端問題和業(yè)務自相似性對多址接入?yún)f(xié)議性能的影響，提出一種改進的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，給出了計算多跳無線網(wǎng)絡端到端時延分布的方法。仿

6、真結(jié)果和分析結(jié)果的對比證明了所提分析方法的準確性。對比不同網(wǎng)絡配置下的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)無線信道的不可靠性和隱藏終端問題會惡化端到端時延性能，忽略這兩個因素的影響會導致分析結(jié)果過好地估計網(wǎng)絡的實際性能?；谒梅治鼋Y(jié)果，設計了一種接納控制算法，將其性能與基于其他準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)務提供QoS保障，還可以提高網(wǎng)絡資源的使用效率。
　　3、提出了一種基于有效容量的認知用戶性能分析方

7、法。針對現(xiàn)有分析方法的不足，即當授權(quán)用戶的狀態(tài)不滿足馬爾科夫性時，現(xiàn)有分析方法無法刻畫授權(quán)用戶的參數(shù)對認知用戶性能的影響，提出了一種認知用戶性能分析方法。首先，針對授權(quán)用戶狀態(tài)的非馬爾科夫性，借助輔助變量法，提出了一個新馬爾科夫鏈模型，該模型可以描述授權(quán)用戶對無線信道的占用情況。隨后，通過對該模型的分析發(fā)現(xiàn)，可以把認知用戶服務過程建模成馬爾科夫調(diào)制過程，并提出了認知用戶的有效容量的計算方法，得到了授權(quán)用戶參數(shù)與認知用戶的有效容量的關(guān)系。