论文部分内容阅读
下一代无线局域网标准IEEE 802.11ax主要是为了解决密集场景下的通信问题而提出的,传统802.11基于载波侦听多路访问/冲突避免(Carrier Sense multiple Access/Collision Avoidance,CSMA/CA)的信道接入机制在密集场景下会加剧系统冲突,导致系统媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)效率低下。802.11ax通过在PHY层和MAC层引入若干相关技术,如正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)、空间复用(Spatial Reuse,SR)等实现多用户传输及提高MAC效率。相比于其他传统WiFi标准,802.11ax主要采用基于调度的工作机制,通常由AP竞争接入信道,并为各STA分配资源,因此系统性能在很大程度上取决于资源如何分配与调度。本文结合802.11ax OFDMA系统的特点,对调度与资源分配算法进行了研究。具体工作如下:首先,在不区分用户业务类型前提下,本文分别以系统吞吐量最大化,用户间公平性,以及兼顾吞吐量与公平性为目标,针对802.11ax OFDMA系统,研究了MT算法、RR算法、和PF算法。其中,MT算法在每个资源单元(Resource Unit,RU)上调度信道条件最好的用户,系统吞吐量高但公平性差;RR算法不考虑各用户的信道条件,依次为每个用户分配相等大小的RU,算法简单且公平性高,然而系统吞吐量较低;PF算法在每个RU上同时考虑各用户可实现的瞬时速率和历史平均速率,能兼顾吞吐量和公平性,但复杂度较高;并且我们对三种算法的性能进行了仿真对比和分析。此外,本文在传统PF算法的基础上,针对802.11ax OFDMA系统,引入了一种改进的广义比例公平(GPF)算法,该算法综合考虑系统吞吐量、长短期用户速率公平性等性能指标,通过设置不同比值的比例因子灵活实现系统吞吐量与用户速率公平性间不同程度的折中,并克服传统PF算法只能实现短期速率公平性的缺点。然后,本文考虑802.11e标准中定义的四种不同类型QoS业务,基于用户优先级设计了802.11ax系统的调度与资源分配算法。具体来说,本文首先根据不同业务QoS要求,定义受UPS准则约束的调度与资源分配框架,该准则在保持基于用户优先级调度的同时最大化系统中满意用户的数量;接着根据UPS准则设计基于用户优先级的最优调度算法,并将其转化为混合整数线性规划问题进行求解。由于最优调度算法复杂度较高,为此,本文又提出一种低复杂度次优算法,该算法思路是先对所有用户进行优先级分组,然后依次在每个优先级组内求解。仿真结果表明,次优算法在大多数情况下能实现与最优算法接近的系统性能。