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无线局域网MAC层的准入控制与调度机制的研究

宣孝英  
【摘要】:公众对宽带移动数据业务的需求猛增,正促进着无线通信向全IP、宽带、移动方向发展。做为实现宽带IP 接入的一种方式,无线局域网(WLAN)正面临着新的挑战:提供高的移动性的支持、提高无线频谱资源的使用效率、为不同的业务提供QoS 保证。WLAN 的MAC 层是无线资源的管理者,起着控制用户接入和分配资源的作用。本文初步提出了一个可用于移动WLAN 的采纳TD-CDMA 多址接入方式、使用OVSF 来为用户提供多速率支持的MAC 协议。 WLAN 的业务数据所需的资源是按需动态分配,用户的准入业务除了在切换过程中由于缺少资源可能会被中断外,还存在并发掉线,发生在准入业务由从off 状态转到on 状态,小区信道的容量无法满足它的带宽需求的时候。因此一个业务在其生命期会遭遇三种中断:阻塞、切换掉线、并发掉线。本文分析了通信业务完成概率和这三种中断的关系,根据概率分析,给出了均质小区组成的WLAN 网中业务完成概率和这三种中断概率间的理论公式。然后假设业务的数据源为on-off 模型,建立了一个2 维马尔可夫过程来计算阻塞概率、掉线概率和信道利用率。通过数值例子,分析了新业务到达速率、业务的数据特征、用户运动、业务持续时间以及业务准入门限值对性能指标的影响。通过将此马尔可夫模型扩展到n 维,建立了多种类业务的准入控制性能分析理论模型。此理论模型能够帮助初步设定业务准入控制门限。 由于无线信道质量随着用户的运动而发生改变,如果MAC 层的调度算法能够利用信道的特征和用户数据产生的间歇性来控制用户对信道的接入,就可以提高系统的整体性能。在恒参信道条件下,本文在分析上下行链路信道的SINR 关系的基础上,提出了能够同时传输多用户数据的最小功率分配约束条件,此约束条件能够满足各业务的最低BER 要求。并且通过此约束条件,提出了一个时隙上能够承载的最大传输速度以及逼近此最大传输速度的最佳传输规则。为了得到最大传输速度,讨论了速度和功率调度。为了使一帧上安排的数据量最大,提出将用户和时隙分级,通过比较用户和时隙的级别,为用户选择适当的时隙。将时隙的选择优先权与用户选择优先权(信道最佳优先、延迟最短优先、队列最长优先)结合起来提出了BCFS、EDFS、LQFS 调度算法。此外,将为用户提供吞吐量公平问题转化为一个带有加权平均吞吐量公平的约束条件的最优化问题,目标是使平均总吞吐量最大,并设计了信道相关公平调度算法CDFS。为了加强短期公平性能,对CDFS 做


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