高速无线个域网MAC层调度算法研究

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WPAN是对个人操作空间中需要通信的设备进行互联而形成的一个无线网络,它无需任何中央管理装置,为设备之间提供方便、快速的数据传输。IEEE802.15.3标准定义了相应的高速无线个域网的MAC层和PHY层的规范。该协议针对高速率的多媒体和数字图像应用,能够提供高达55Mbps的传输速率,若协议的物理层采用超宽带(UWB)技术,则能够支持480Mbps的速率,应用前景十分广泛。在无线通信网络中,数据传输速率的提高并不意味着网络性能的提高。人们需要利用无线资源管理技术如调度算法等对有限的网络资源进行合理分配,以此来优化网络性能。IEEE 802.15.3标准为保证协议的兼容性和灵活性,并未给出相关的资源调度算法。因此,本文主要研究适用于802.15.3协议的资源调度算法,在现有的调度算法基础上提出自己的改进方案。文中首先介绍了802.15.3协议标准的MAC层具体内容和常用的调度算法,其中详细描述了用于资源调度的超帧结构。接着根据协议在仿真系统中设计并实现了超帧的竞争接入期(CAP),包括用于资源调度的信道时间请求、修改、终止等命令的传递过程以及用于信道接入的Slotted CSMA/CA算法,使得系统能够在竞争接入期传输命令和异步业务流。本文的第四章提出了超帧的信道时隙分配期的资源调度算法改进方案。文中对所参与的欧盟项目里802.15.3协议模块采用的四种调度算法:Standard、IRSA、CBS、SRPT/F-SRPT分别做了介绍并仿真。第五章的仿真结果表明在可变比特率(VBR)业务流中,采取公平调度的F-SRPT算法仅在头部引入队列长度信息冗余的前提下,使系统的吞吐量、响应时间及丢包率都优于其他几种算法。随后,本文根据网络负荷的不同,提出了自己的资源调度改进方案:在系统网络负荷较轻的情况下,采用分层超帧结构,并在此结构下利用上述改进算法中最优的F-SRPT算法对资源进行调度分配;在系统网络负荷较重的情况下,在协议模块中加入莱斯信道模型,利用目前基于信道状况的调度算法如MAX-RATE、PROP-FAIR、M-LWDF、EXP等在该信道模型下选出优先服务的业务流,再根据F-SRPT算法分配时隙思想对业务流进行具体的时隙分配。第五章的仿真结果表明文中采取的改进的调度算法方案要优于目前采用的其他调度算法。
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