无线通信网络中基于服务质量的资源分配外文翻译资料

 2021-11-06 05:11

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无线通信网络中基于服务质量的资源分配

摘要:对上述技术的QoS框架进行了简要的比较。全球微波接入互操作性(WiMAX)中使用的无线电资源管理(RRM)技术可以提供4G无线网络承诺的许多服务和功能。如支持数据速率高、覆盖范围广的多媒体业务,以及支持安全性和服务质量(QoS)的全IP。QoS支持包括包调度和带宽分配策略,所提出的解决方案在公平、实用的同时,有效地提高了性能和资源的利用率。在此QoS支持标准中定义的所有流量类,使用不同的技术,根据流量特征和服务需求动态改变带宽分配。

  1. 导言

即使出现了第二代个人通信服务(PCS)系统等已发展的无线蜂窝网络,仍然需要另一种公共无线接入解决方案,以满足对数据密集应用和无处不在的通信日益增长的需求。为了实现这些目标,未来的第三/第四代(3G/4G)移动网络将不断发展,以提供更高的数据速率和新的无线电接入技术。人们普遍预期的一种进化形式是所谓热点的互补利用。基于IEEE 802.11标准的无线局域网(WLANs)在办公室、公共场所和家庭中越来越普遍。现在的重点是将这些网络部署到热点地区,如机场、酒店、咖啡馆和其他人们可以无限制地访问互联网的地区。低成本、高速的WLANs可以集成在蜂窝网络覆盖中,为高速数据服务提供热点覆盖。WLANs为移动运营商提供了一种有趣的可能性,即在不牺牲移动用户容量的前提下,为终端用户提供额外的容量和更高的带宽,因为WLANs是在未经许可的频段上运行的。

  1. OFDMA

正交频分多址(OFDMA)是一种很有前途的多址接入方案,已经引起了人们的广泛关注。OFDMA以OFDM为基础,继承了OFDM对符号间干扰和频率选择性衰落的免疫力,实现高传输速率依赖于BWA系统提供高效、灵活的资源分配能力。最近关于资源分配的研究表明,在已知发射机信道增益的前提下,采用跳频和自适应调制进行子载波分配,可以获得显著的性能增益。跳频策略类似于CDMA的干扰消除。在多用户环境中,一个好的资源分配方案利用了多用户多样性和信道衰落。结果表明,最优解是每次为用户调度最优信道。尽管在这种情况下,整个带宽使用预定的用户,这个想法也可以应用于OFDMA系统中,信道的共享的用户,每一个由于互不相交的一组副载波,通过调度副载波用户最好的渠道。当然,这个过程并不简单,因为用户的最佳子载波也可能是没有其他任何良好子载波的其他用户的最佳子载波。整体策略是利用信道衰落引起的信道峰值。与传统的信道衰落被认为是一种缺陷的观点不同,在这里它充当了信道随机化器,增加了多用户的多样性。资源配置问题是近年来许多研究的热点问题。它们几乎都将问题定义为一个实时资源分配问题,其中服务质量(QoS)需求由应用程序确定。QoS要求定义为在每次传输中实现每个用户指定的数据传输速率和误码率(BER)。在这方面,问题不同于注水方案,其目的是在功率约束下实现香农容量。

图1 正交频分多址系统

  1. 服务质量(QoS)

保证在未来的移动无线网络中起着至关重要的作用。根据不同的QoS要求,期望不同的移动用户能够容忍不同程度的延迟以满足其服务满意度。RRM技术和QoS支持是该技术最重要的特性之一。为了支持各种各样的应用程序,WiMAX定义了五个应该由BS支持的QoS类。

a)非应邀授予服务(UGS)。这是为了支持实时数据流,包括定期固定大小的数据包,如IP上的语音。

b)实时轮询服务(Real-Time Polling Service, rtPS) rtPS的设计目的是支持实时服务流程,即定期生成可变大小的数据包,如MPEG视频。

c)扩展实时轮询服务(ertPS)这适用于具有数据速率和延迟要求的可变速率实时应用程序,就像VOIP中没有抑制沉默的情况一样。IEEE 802.16e标准表明ertPS是建立在UGS和rtPS效率的基础上的。

d)非实时轮询服务(Non-Real-Time Polling Service, nrtPS),这是为了支持由可变大小的数据包组成的延迟容忍数据流,对于这些数据包,需要最小的数据速率,就像FTP中的情况一样。

e) Best Effort (BE)这是为支持不需要最低服务保证的数据流而设计的,就像HTTP流量中的情况一样。对无线电资源配置的各种方法和算法进行了全面的比较研究,得出了一些比较结果。

  1. 文献综述

Amir Esmailpour和Nidal Nasser在[1]动态QoS带宽分配(DQBA)中提出,支持不同QoS需求的异构流量。DQBA通过有效利用资源,公平、实用,使系统容量最大化。DQBA框架就是这样运作的;它根据流量特性和服务需求动态地更改正在进行的和新到达的连接的带宽分配(BA)。为了实现其目标,DQBA包括三个主要步骤:1)两级包调度方案;2)有效的呼叫接纳控制策略;3)动态BA机构。从而在WiMAX网络中提供有前途的QoS,并对所有五类服务(例如UGS、ErtPS、rtPS、nrtPS和BE)都是公平的。它考虑的参数包括公平性、利用率、延迟和吞吐量,Vandana Singh和Vinod Sharma在[2]新的调度算法中提出。它支持4个服务类来支持实时和非实时通信。系统概述由802.16中的QoS服务流程组成,调度策略、问题制定、算法和吞吐量优化由1)线性算法2)启发式算法组成。它使用公平算法以公平高效的方式实现QOS,公平算法中涉及的两个最常用的准则是最小公平和Kelly的比例公平,其中又包含了四种不同的算法。这里考虑的参数是数据丢失、公平性。Sonia Ben Rejeb, Zied Choukair, Sami Tabbane在[3]中提出了这个呼叫接纳控制(CAC)模型,该模型具有4个优先级,支持5类服务(例如UGS、ErtPS、rtPS、nrtPS和BE)。为了保持HO的优先级,假设系统在预定通道方案和排队策略下运行。模型必须在两个相互冲突的需求之间保持平衡:最大化资源利用率和最小化强制切换调用丢弃率。CAC是一种基于三种方法的呼叫接纳控制,即:a)实时的新呼叫处理。b)非实时新呼叫处理c)实时HO(移交呼叫)呼叫处理d)非实时HO呼叫处理。Tolga Girici, Chenxi Zhu, Jonathan R. Agre和Anthony Ephremides。在[4]下行链路资源分配中,提出了基于OFDMA的无线系统中数据用户长期接收率和实时会话服务质量的比例公平性。

开发了一种算法,可以找到给每个用户的最优带宽和功率。该算法在优化过程中考虑了长期平均接收速率,充分利用了数据用户的时间多样性,基于频率平坦衰落的假设,提出了一种支持数据流量的比例公平调度算法方案和延时敏感实时流量方法。涉及的方法有:a)数据流量的比例公平性b)实时流量。使用的参数包括带宽、功率、AWGN、路径损耗指数、用户距离、帧长、语音流量、FTP文件。Kalyana Chakravarthy Chilukuri和Prasad Reddy P.V.G.D在[5]中提出了一种新的接纳控制和流量调度算法(ACFS),方案确实保证了802.16不同服务类别所需的QoS参数(最小保证带宽、最大允许包延迟、最大允许包抖动)。该算法的性能优于之前提出的SFS算法,ACFS算法的目标是在满足QoS要求的一定数量的流量下,最大限度地提高带宽利用率,如最小速率、延迟和抖动要求。比较ACFS的两种算法(基本算法和SFS算法)。所使用的参数包括时隙帧长、最大时隙数、带宽、rtPS抖动等。在[6]中,wenching Chung, Chung- ju Chang, Li-Chun Wang提出了一种智能优先资源分配(intelligent priority resource allocation, iPRA)方案,与传统的无线资源分配方案相比,iPRA方案在高流量负载下能够获得更高的系统吞吐量和更好的QoS需求保证,同时具有较大的Jain公平性。智能优先资源分配(iPRA)方案涉及到一些基本的算法,它们是a)基于模糊的优先级确定算法b)基于启发式优先级的资源分配算法。将IPRA方案与自适应无线资源分配(ARRA)方案、高效资源管理(ERM)方案、基于实用的无线资源分配(URRA)方案(c)进行比较,得出FTP流量的Jain公平指数。它涉及的参数包括带宽、功率、路径损耗指数、用户距离、语音流量、FTP、HTTP流量。Sarabjot Singh, Sanjay K. BoseMaode Ma在[7]方案中提出了一种支持QoS的资源分配算法,并针对非实时流量按各自QoS的比例公平分配资源。提出了需求联合呼叫接纳控制(CAC)和带宽分配(BA)的资源分配方案。采用保守策略和非保守策略。保守的CAC保证了所有类型流量的QoS要求,但与非保守的CAC相比,保守的CAC限制更多,效率更低。这里使用的参数有带宽、帧数、时隙、延迟、损耗。Mylene Pischella和Jean-Claude Belfiore在[8]子载波和功率分配方法中提出了区分每个服务类型的用户,以满足每个用户的服务质量(QoS)要求。该方法提高了GP用户的满意率,提高了BE用户的平均数据率,使用的参数为站点间距离d为,路径损耗、阴影标准差、下行噪声、最大传输功率,每个子载波的平均小区间干扰为I平均。Mustafa Ergen、Sinem Coleri和Pravin Varaiyaconsider在[9]中提出了资源分配问题,即分配一组子载波并确定OFDMA系统中每个子载波要传输的比特数。提出了一种简单的次优解,该解分配公平,收敛效率高,接近最优,满足每个符号的QoS准则,涉及到a)公平调度算法b)贪婪释放算法c)水平交换算法d)垂直交换算法。所使用的参数是功率谱密度、位、功率。Kitti Wongthavarawatn,y和Aura Ganzz在[10]包调度算法中提出,该算法允许并调度任何混合流,包括对标准定义的所有类型的流量类的QoS支持。它涉及到流量特征及其QoS要求与网络性能之间的关系。

它包括Qos体系结构、分组调度方法、呼叫接纳控制机制。使用的参数包括带宽、帧持续时间、时间槽、到达时间、服务时间、延迟、令牌总线。I-Shyan Hwang, 1bo - jiunn Hwang, and ChingShyan Ding在[11]中提出了一种基于流量阈值(TH)的自适应加权公平排队(AWFQP)调度程序,该调度程序可以保证EF和AF流量的QoS,避免了在流量负载较高时BE流量的不足。Jia Tang, and Xi Zhang,在[12]中提出了移动无线网络中无线链路的服务质量驱动功率和速率自适应方案。该方案的目标是在给定的延迟QoS约束下使系统吞吐量最大化。[13]QoS感知图。

方法/算法

通讯类型支持

应用

DQBA

rtPS, nrtPS, ertPS, UG, BE

SSH,FTP,Video,VoIP,HTTP

公平算法

rtPS, nrtPS, UG,BE

CAC

rtPS, nrtPS, ertPS, UG, BE

SSH,FTP,Video,VoIP,HTTP

成比例公平算法

nrtPS

FTP

入口控制和流量调度算法

rtPS, nrtPS, ertPS, UG, BE

SSH FTP, Video, VoIP, HTTP

iPRA

BE

HTTP

联合CAC

nrtPS

FTP

子载波和功率分配

BE

HTTP

AWFQP

BE

HTTP

表1 显示支持的方法/算法、应用程序和流量类型。

Mohammad Anas在宽带无线应用OFDMA系统中的子载波和功率分配。不同WiMAX调度算法的比较评估。最近的W. Rhee和J. M. Cioffi,[15]对资源分配的研究表明,如果在子载波分配中使用跳频和自适应调制,假设知道发射机中的信道增益,可以获得显著的性能增益。跳频策略类似于CDMA [16].的干扰消除。P. Viswanath, D. N. C. Tse,和 R. LaroiaIn认为一个好的资源分配方案利用了多用户多样性和信道衰落[17]。R. Knopp和P. HumbletIt在[18]中表明,最优的解决方案是每次用最佳信道调度用户。

  1. 比较研究

在表1中,我们考虑了各种算法和方法,以及它们及其应用程序支持的流量类型。我们可以看到表中有特定的方法、它们所支持的流量类型和应用程序。我们考虑了不同的算法或方法,从不同的论文,哪个通讯能更好的支持,并根据不同的应用,为各自选择合适的通讯。

其次,提出的调度算法在不损害EF性能的前提下提高AF和

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