基于VoWLAN的QoS性能分析与研究

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目前,语音无线局域网(VoWLAN)技术发展迅速,并日渐成为人们关注的热点。它是一种利用无线局域网(WLAN)来传输VolP业务的技术。但是,由于传统的无线局域网并不适合VolP等实时性业务的传输,因此需要提供有效的服务质量(QoS)保障,以满足VoWLAN中语音传输的质量需求。本论文主要针对当前VoWLAN所面临的QoS问题进行了分析与研究。论文的主要工作及研究成果包括以下几个方面: (1)详细分析了VoWLAN中语音与数据综合业务流的延迟性能。针对传统的基于单一Poisson过程的模型不再适用于分析VoWLAN综合业务QoS性能的问题,建立了基于“两状态马尔可夫调制泊松过程(MMPP(2))”的分析模型来对VoWLAN中AP节点处的延迟性能进行了详细分析和研究,并进一步得出了AP节点处语音/数据综合业务流的延迟性能的函数表达式,从而可以更准确的描述VoWLAN中AP节点处不同业务流的延迟性能。同时,该模型对于本文后面部分所提出的基于参数的接纳控制算法也提供了重要的理论依据和参考。另外,针对IEEE 802.11的集中控制方式下轮询算法的不足,提出了一种改进的PCF轮询调度算法,通过该算法所采用的DRR轮询调度机制,可以减少VoWLAN中语音业务流的接入延迟;并可改善当接入站点大量增加时所产生的延迟问题,从而对VoWLAN中语音等实时性业务提供了有效的QoS保障。 (2)深入分析了在VoWLAN系统中各种不同MAC接入机制对VoWLAN系统吞吐量性能的影响。其中重点分析了DCF模式下VoWLAN系统的吞吐量性能,并在Bianchi等人的研究基础上,针对VoWLAN中不同业务流类型以及不同包长等特性提出了新的吞吐量性能分析模型。对于VoWLAN中的PCF及EDCA接入机制下的吞吐量性能也分别进行了研究。另外还探讨了基于信道利用率的吞吐量性能分析方法以及基于实验仿真的吞吐量性能分析方法。在以上理论分析的基础上,提出了两种不同的算法(SAC算法和EFCR算法)用以提高VoWLAN吞吐量性能。其中SAC算法是一种自适应控制算法,它通过调整VoWLAN中的DCF及PCF的工作阶段,使得系统尽量工作在最大信道利用率的工作模式下,从而提高VoWLAN系统的吞吐量性能。EFCR算法则是对传统的FCR快速冲突解决算法的改进,它保持了FCR算法能有效解决冲突以提高吞吐量性能特点,并实现了区分服务机制以有效保障VoWLAN中语音业务的QoS性能。 (3)根据目前较为流行的接纳控制策略(admission control)的研究思路,对VoWLAN中的接纳控制算法进行了探讨,并分析和研究了现有的各种针对WLAN所提出的不同接纳控制算法。在此基础上,结合前文的分析结果,提出了两种新的接纳控制算法CAC(1)和CAC(2)用于提高VoWLAN的QoS性能。其中CAC(1)算法是一种基于时间窗测量机制的接纳控制算法,该算法对应于VoWLAN中不同的业务流类型采用不同的时间窗测量机制,并根据负载的实时情况动态调整时间窗大小,从而改变系统的接纳性能,同时提供相应的动态带宽分配机制。该算法的特点在于通过不同时间窗阀值的设立使得VoWLAN系统对不同业务流能够更有效的实现区分服务机制的接纳控制。CAC(2)算法则是基于参数(模型)的接纳控制算法,针对语音业务的时延敏感特性,结合上文AP节点延迟性能分析所得出的延迟性能参数模型,CAC(2)算法通过计算期望延迟时间并与门限值的比较来实现接纳控制判决。最后我们给出了两种算法的公平性分析及应用范围的比较。以上算法分别通过实验仿真等方式得到进一步验证。 综上所述,本论文对于提高和改善VoWLAN的QoS性能进行了深入的研究,论文中所建立的模型及所提出的算法对今后VoWLAN技术的进一步研究与应用等工作作出了一定的贡献。
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