移动WiMAX中VoIP上行链路调度和资源管理研究

【摘要】：移动WiMAX是一项前途无量的无线宽带技术。近几年来,随着各种VoIP编解码器CODECs技术的发展,VoIP已成为最有前景的互联网应用之一。移动WiMAX和VoIP都大大节省了成本。因此,两者的完美结合具有广阔应用前景。但是,上行链路调度和资源管理仍然是一个会严重影响移动WiMAX VoIP部署的主要问题。上行链路调度和资源管理是服务基站(BS)的MAC层对可分配传输资源进行有效管理的调度操作,涉及调度业务、功率节省等操作,以达到最佳的资源利用率,提高系统性能。对于VoIP业务,IEEE 802.16e标准只定义了MAC层上行链路调度功能模块和资源管理,以及基本内容和模块的实施细则,但没有提出任何具体可行的计划或实施算法。因此,解决最常用的移动WiMAX VoIP编解码器的上行链路调度和资源管理方面的问题,具有非常重要的学术意义和实用价值。 本文对IEEE 802.16e移动WiMAX标准、VoIP的编解码器技术进行了系统的分析,对移动WiMAX VoIP编解码器的上行链路调度算法和资源管理策略进行了深入的研究。论文的主要工作与贡献如下: 1.针对多种移动WiMAX VoIP编解码器,设计了一种新型的综合动态上行链路调度方案CDUSP。论文通过研究802.16e标准定义的三个传统的上行链路调度业务算法以及最常用的VoIP编解码器CODECs,并根据VoIP编解码器的主要特点,将其分为单模和多模两个主要类别。对于单模和多模类别,分别根据每一类编解码器的静音压缩特性,提出了相应的新的上行链路调度算法。基于提出的这些上行链路调度算法,设计了一种新型综合动态上行链路调度方案CDUSP,该方案可以动态整合、管理在移动WiMAX的QoS调度架构内所有上行链路调度算法。它极大地优化了移动WiMAX,能有效地支持VoIP编解码器的上行传输。仿真结果和数值验证表明,与传统的算法相比,新算法不仅能有效提高资源利用率,增加总吞吐量和减少分组传输延迟,而且可以大大提升系统的容量和支持更多的语音用户。 2.基于多VoIP用户共存的资源管理优化问题的研究,本文提出了一些新的资源分配算法。根据多种影响因素,如不同的语音用户静音期间、不同的CODEC的帧期间、不同的用户优先级等,预先对用户设置了不同的类型,进而采用不同的资源分配算法。影响因素值不同,用户分类和相应的资源分配算法也不同。仿真结果和数值验证证明在资源利用、总吞吐量、系统容量的增加等方面,所提出的算法更有效率。 3.通过研究分析由802.16e协议定义的三个功率节省类:PSCI,PSCII,PSCIII,本文提出了两个新的功率节省改进算法,使之更适合于不同的VoIP CODECs静音压缩。第一个算法是间隔灵活型PSCII功率节省算法,它在相互静音期间利用了指数增加方法,更适合于长帧期间VolP CODECs。第二种算法是多种终止休眠方式功率节省算法,算法的基本思路是在talk-spurt期间采用PSCII,而在静音期间采用PSCI的两种不同的终止休眠方式。数值分析和仿真结果表明,所提出的算法有效地降低了在静音期间的功耗,同时满足端到端允许的最大延迟和VoIP服务质量(QoS)的低丢包率的要求。