无线局域网和IP服务质量关键技术的研究

【摘要】： 基于TCP/IP的Internet的巨大成功和移动通信技术的日益成熟，促成了无线局域网技术的飞速发展。无线局域网，通过基于IP的小范围的无线覆盖和与有线网络的互联，改变了人们的工作方式，满足了人们对高传输速率和个人行为移动性的要求。作为一门新兴技术，无线局域网仍处在飞速发展的阶段，物理层的调制/解调技术、编码技术，媒体访问控制层的QoS支持、AP之间的互联，以及安全性等正成为该领域研究的热点问题。随着Internet的日益商业化，对一个能为不同用户/应用提供不同服务质量的网络的需求显得越来越迫切。除了提供更高的带宽外，主要的解决技术集中在设计合理的体系结构、资源预约、接入控制技术、排队算法等方向。 本文研究工作基于国家863重大课题“宽带无线IP技术”及自然科学基金项目“高速信息网中的高速无线技术研究”，得到教育部高校骨干教师资助计划的资助，对无线局域网和IP QoS的若干关键技术进行了深入研究，主要工作和贡献包括以下几个方面： 第二章介绍和分析了移动通信系统的位置管理策略，介绍了计算机网络中的网桥、Mobile IP协议、动态路由解析协议的工作原理，分析了Mobile IP的位置管理和WLAN中的位置管理的关系；结合WLAN的特点，通过数据库的不同分布方式和分布式系统(DS)上帧格式的不同，提出了四种位置管理策略，并提出了两种切换方法：简单越区切换和基于服务器的越区切换，给出了详细的通信流程。通过性能分析，得出了采用全分布式数据库和IEEE802.11无线DS的帧格式的策略和基于服务器的越区切换在数据库查询、位置更新代价、差错恢复等方面性能最好的结论。 第三章首先介绍了IEEE802.11f工作组的相关工作，对基于IEEE802.3有线网的DS实现的拓扑结构进行了分类，介绍并分析了现有的三种IAPP协议。提出了增强型IAPP协议，该协议改进了DS信标帧，增加了“激活的DSCC”域，提高了网络管理员对网络的控制能力，增强了DSC在切换过程、查询过程的作用，通过DS信标帧的检测和利用切换检测DSC的组合方式提高了对失效DSC的检测速度，并给出了具体的通信流程、详细的差错恢复机制和性能分析。分析结果表明，增强型IAPP协议在失效DSC检测、新DSC重建的平均时延、DS的一致性、数据库的连续性等等方面都具有很好的性能。 第四章首先介绍了IEEE802.11e工作组的进展，分析了DCF协议和PCF协议饱和吞吐率的性能。提出了为不同等级帧提供不同竞争窗口的改进型DCF：M-DCF协议，并给出了M-DCF的调度模型，通过采用不同的竞争窗口，为不同 n西安电子科技大学博士学位论文:无线局域网和IP服务质量关键技术的研究 的应用提供了不同的接入概率，保证了Qos;仿真结果证明了M一DCF在系统吞 吐率、丢包率、高等级业务丢包率、不同等级业务的平均接入时延等方面都优于 DCF协议。为防止一个终端过多地占用无线资源，提出了基于接入允许的改进 型DCF:AA-入IDCF，通过子网带宽管理SBM和MAC层确认机制的结合，降 低ACK的发送速率，限制一个终端对无线资源的过度消耗，并给出了建议的实 现模型。M一DCF和AA一NIDCF都保证了和IEEE802.ll系列标准的完全兼容性。 第五章首先介绍了几种公平排队算法，重点分析了wFQ的性能，得出了 WFQ具有一定的抗高等级突发的能力，该能力和业务的突发程度、系统负荷和 各等级的权值分配有关。结合为每等级队列分配一个时标的OTPQ方法，提出了 WFQ的两种简单实现算法:基于时间的T-WFQ和基于系统己发送虚拟比特的 B一wFQ，给出了二者的分组选择规则和虚拟时间更新算法。仿真结果证明了 T-wFQ具有和wFQ完全相同的性能，但是其实现更加简单;由于B一wFQ在统 计上的不准确性，限制了其只适用于中等负荷网络。介绍了比例区分服务模型 PDs，提出了基于测量的M一wFQ算法，利用它实现了PDS并进行子性能分析， 仿真结果表明M一wFQ算法在各种系统负荷下都能满足PDS的要求，并且抗高 等级业务突发的性能好，高等级业务的平均排队时延和时延抖动性能L匕低等级业 务好。