IEEE802.16j宽带无线中继接入网络的资源管理博弈建模分析研究

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基于IEEE 802.16/WiMAX的宽带无线接入技术,作为解决“最后一公里接入”有良好的应用前景。该协议可在获得高速的宽带无线连接的同时,保证各种不同业务的QoS需求。但在非视距传输环境的应用还受到很大限制,同时,一些用户处于网络小区边缘或处于信号盲点受到信号覆盖的影响,传输速率或服务质量也可能会急剧地下降。因此,需要寻求新的方案来解决802.16网络覆盖和扩容问题。   新的IEEE 802.16j协议主要是在原有网络基础上加入了中继站来进行中继通信,从而既可以增加本小区网络的覆盖范围,又可以解决非视距传输、边缘效应、信号盲点等问题。并且,协议新增的中继站,其布放成本将大大低于基站布放。虽然IEEE 802.16j协议到目前为止仍然未最后制定完成,但是物理层与MAC层基本框架已经成型。作为802.16的开放性问题--无线资源管理,在近几年成为学术界讨论的热点。已有不少研究对802.16协议下的带宽分配与接入控制,提出了各种解决方案,特别是一些研究使用博弈论来分析建模802.16网络的无线资源管理,不仅可以根据系统总体QoS满意度决定是否接纳新业务,而且可以确定分配给新业务的最优带宽大小.因而成为了学术界的重点研究方向之一。不少学者已经使用不同的博弈模型对802.16的点对多点(PMP)、网状网(MESH)等不同构网模式进行建模分析,并验证了其方法的优点。但是对于新兴的基于中继站的802.16j网络来说,暂时还未有学者对其无线资源管理进行系统的建模分析。   在本论文中,将探讨如何使用博弈论来研究存在中继传输的802.16j无线资源管理,并从而通过分析所得的博弈均衡,寻找出整个系统的最佳带宽分配和接入控制方案。   本论文的主要内容和创新成果如下:   (1)分析了802.16j协议所定义的一些新技术的性能。由于802.16j在原802.16PMP模式下,加入了中继站,新协议因此涉及了一些原协议不包含的新技术,如集中式与分布式控制模式,新的帧结构,隧道传输等,并将通过分析和仿真来说明这些新的技术的性能和所带来的影响。   (2)基于博弈论建模需要,提出完整的802.16j系统模型。对802.16j网络的信道模型、拓扑结构、队列方程、自适应编码调制等无线资源管理方法和过程进行了建模仿真,该模型也可运用到其他具有中继的无线宽带网络资源管理的研究中。   (3)采用非合作博弈方式建模分析了802.16j集中式与分布式控制模式下的无线资源管理,并给出了最终的博弈均衡结果,以获得最佳的带宽分配与接入控制方案。通过最终的仿真分析说明,本文提出的方法相比于传统的静态与动态分配方法,既能动态的充分分配带宽,又能确保每个业务的最低QoS需求。   (4)提出了一种新的802.16j半分布式控制模式。通过分析发现,分布式相比子集中式虽然能减少信令的交互次数与延时,但是缺点为资源利用率低。但假如能在此基础上让802.16j基站与中继站进行定期带宽调整,将能够使得分布式系统整体无线资源利用效率提高,因此本文提出了802.16j半分布式控制模式。同时为了方便分析多种QoS需求,使用了“群博弈”的方法简化了博弈交互过程,并使用了Stackelberg博弈模型来对新模式进行建模。最终的博弈均衡结果说明,通过本文的方案,将能使得系统内业务的总体QoS满意度比一般分布式高,而又兼有分布式信令交互少的优点。
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