Scheduling and Routing Algorithms for WiMax Mesh Networks

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象视频和音频流、在线游戏、视频会议,口语音(VoIP)和文件传输协议这些应用(FTP)需要范围广泛的服务质量要求,例如带宽和延时。现有的无线技术能够满足不同种类流量的要求,但部署到农村地区和“最后一英里”接入的代价昂贵。WiMax为无线宽带接入支持多样化的应用提供了可以承担得起的一种选择。   无线城域网(WMANs)的标准IEEE802.16,包括了网状操作模式用于提高网络的覆盖面和吞吐量。   IEEE802.16标准为WiMax的MAC层和PHY层提供了规范。MAC层规范中的两个关键部分是调度和路由。调度解决带宽竞争并确定用户的传输顺序,而路由是网络中选择路径的过程。   为了提供预想的网络覆盖和数据率,即使在不平坦的地形,使用多跳通信似乎是合适的。因此,WiMax支持网状模式,不像传统的蜂窝系统,节点在与基站没有直接连接时也能够通信。   在IEEE802.16网状网络中,与网状网之外的服务有直接的连接的节点称为基站(MBS)。网状网中其它的节点称为用户站(MSS)。这些节点都是固定的。即标准不支持移动性。标准详细说明了网状网的集中式调度方案。在这种调度方案中。用户站点将他们的数据传输要求和到邻居的链路质量通知基站。基站使用拓扑信息以及每个用户站点的要求来决定路由和调度。MAC层使用的方法是TDMA,资源是根据每帧的时间槽进行分配。标准既没有指定算法调度时间槽给不同的用户站点,也没有规定任何路由算法。调度和路由对系统的性能有重大的影响,并在很大程度上决定不同用户端到端的服务质量。   本文提出了两个集中武调度算法,一个是IEEE802.16网状模式中保证QoS需求的QoS机制和基站调度程序,以及一种新型的基站调度算法(NBSS)。另外还提出了一种自适应流量负载均衡的路由算法。   为确保满足QoS要求,IEEE802.16的基站必须运行为连接之间分配时间槽的算法。算法在IEEE802.16规范中没有定义,而是一种开放的可选择的实现。提出的QoS机制是通过修改IEEE802.16 PMP模式默认的QoS机制实现的。提出的QoS机制与IEEE802.16默认的QoS机制的性能通过仿真进行了比较。仿真结果表明,默认的QoS机制引起了至少100毫秒的延时,这使得它不适合实时和多媒体服务。   NBSS的主要思想是基于节点的流量要求和基于优先级调度(PBS)提供混合的区分服务。较低流量要求的节点赋予相对较高的优先级。大量的分析和仿真结果表明,NBSS可以减少MSS节点的平均延时,为更多的MSS节点服务。   ATLB提供一种机制驱使部分流量从繁忙的AP节点转移到轻负载的AP节点,平衡WMN的流量。因为路由算法的特性以及无线网状网中有多个AP接入点,每个AP节点的流量负载是完全不同的。WMN中路由算法固定的特性导致在一段特别的时期内一个AP节点可能非常的繁忙而其他的AP节点负载很轻。流量负载集中在AP节点会导致网络拥塞,增加包丢失率,降低网络的性能。ATLB发现重负载或者超负载的节点。然后平衡WMN的流量负载。它包括下面两个机制:发现重负载节点的流量负载检测(TLD)机制和使流量从重负载节点转移到轻负载节点的流量负载均衡(TLB)机制。通过仿真测量了ATLB的性能,结果表明ATLB能够提高WMN的性能。
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