增强UWB网络QoS的调度算法研究及其在NS2仿真平台的实现

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新兴的超宽带无线网络(Ultra-Wideband,UWB)以传输速率高、低功耗的特点,得到了业界的广泛关注。2008年12月,欧洲的ECMA组织完成了高速UWB的MAC层标准ECMA-368和物理层标准ECMA-369第三个版本的制定工作。然而,由于无线信道的时变特性和带宽资源的有限性,UWB网络的性能并没有得到很好的保证。优化UWB的网络性能需要一套有效的资源管理方案,因此,本文着重研究增强UWB网络QoS的调度算法,并讨论其在实际应用中的实现方案。主要工作如下:   1、分析了ECMA-UWB标准,提出了其在NS2仿真平台上实现的设计架构。在此基础上,深入研究了该标准中与调度算法紧密相关的分布式资源预留协议,从结构体系、资源预约处理等方面着手,提出了一种实现该协议的设计方案。实验结果表明,该方案完善了ECMA-UWB NS2仿真平台,有效地实现了UWB网络信道接入的功能,保证了资源的预留和节点之间业务流的可靠传输,为资源调度算法的实现打下了坚实基础。   2、提出一种适合超宽带网络的基于借贷机制的动态资源调度算法(BRSA)。该算法主要运行在UWB的MAC层,在没有中心调度器的情况下,能够利用跨层的信息,对带宽资源进行借贷操作,从而实现带宽资源的动态分配,以尽最大可能满足具有不同优先级的业务流QoS要求。根据带宽借贷方式的不同,本文具体将BRSA算法设计为向单用户借贷带宽的SBRSA算法与向多用户借贷的MBRSA算法。其中,MBRSA算法又具体设计为按比例借贷P-MBRSA算法、最大容量优先借贷的MF-MBRSA算法、最大容量半数优先借贷MH-MBRSA算法和最大容量逐级借贷的MS-MBRSA算法。   3、探讨了各种BRSA算法的性能。实验结果证明,MBRSA算法相对于SBRSA算法来说,在尽力满足实时业务流的QoS需求方面更具优势。特别地,MS-MBRSA算法在系统开销、节点带宽分配的公平性以及算法稳定性这三方面综合性能表现最好。因此,本文提出了MS-MBRSA算法在ECMA-UWB NS2仿真平台实现的设计方案。实验结果表明,MS-MBRSA算法能够在ECMA-UWB NS2仿真平台上成功运行,有效地增强网络的QoS,提高整个网络的性能,具有一定的实用价值。
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