文档介绍：上海交通大学
博士学位论文
无线分组调度算法与工业无线网络拓扑优化设计研究
姓名:李锋
申请学位级别:博士
专业:控制理论和控制工程
指导教师:张卫东
20071101
无线分组调度算法与工业无线网络拓扑优化设计研究摘要业务的引入已经使得当前无线网络不能满足多业务服务质量囊G螅下一个趋势是无线网络,仍需解决实时性和可靠性的问题。本文分别针对无线分组调度算法和工业无线网络拓扑优化技术两个方第一部分:分组调度算法。分组调度算法在网络的Vし矫嫫鸬搅甉、龋换诼盅挠蠾取I鲜鍪视糜赥有考虑无线信道的这一特性,其信道模型为“刺琈P,信道只有“好”与“坏”两种状态,用来模拟突发信道错误,这种模型已经不适用于目前的速率自适应信道。国内外对于多速率低复杂度无线分组调度算法的研究还处于起步阶段,提出满足实际需要的无线分组调度算法具有第二部分:工业无线网络拓扑优化设计。工业网络目前仍然以各种各样的现场总线为主导,工业以太网也得到了一定程度上的应用。随着无线网络在办公环境下的广泛应用,以及在接入领域的发展和物理层技术的进步,工业网络的下一个发展趋势将会是无线网络。目前蓝牙、、无线网络是当前发展最快的通信技术之一,特别是基于的各项这使得针对无线网络Vさ南喙匮芯肯缘梅浅1匾!D壳肮ひ低绲面展开研究。核心的作用,它能提供分组级别上的复用和带宽保证。目前国内外在分组调度方面的研究成果比较成熟的是有线网络的分组调度,特别是在网络层和介质访问层层N尴咄绶肿榈鞫仁谴佑邢咄绶⒄苟矗于通用处理机共享沂视糜赥绲姆肿榈鞫人惴ㄓ蠭网络的分组调度算法所存在的缺点主要包括两点:复杂度高、不支持无线速率自适应信道。随着无线调制解调技术的发展,无线信道的传输速率不再恒定,而成为一个随时间变化的随机变量。当前成熟的分组调度算法没比较重要的理论和实际意义。第
任尴呒际跻丫诠ひ低缰械玫搅擞τ谩S捎诰哂型ㄐ潘俾快、传输距离远、应用基础广泛等优点,诠ひ低缰械牡玫了广泛关注。工业网络不同于普通的数据通信网络,具有许多自身的特性,例如:绝大多数通信都是周期性通信,数据流多为单向流,对实时性和可靠性具有较高的要求。当前的无线技术还不能满足工业环境下通信的要求,实时性仍然是亟需解决的问题。目前关于提高无线网络实时性和可靠性的研究工作主要集中在网络协议方面,在拓扑优化方面还没有成熟的研究成果出现。如果能解决好这一问题无疑会大大促进无线网络在工业环境下的研究成果一:瓺无线分组调度算法。针对当前无线分组调度算法的不足,本文提出了一种“无线速率自适应瓺以具有复杂度的惴ㄎ;。谰菪诺雷刺分配发送额度的机制,依据信道状态对滞后队列进行动态惩罚与补偿,使得处于非最优信道的队列减少发送额度,从而减少了其占用带宽的时间,瓺摈弃了不符合当前自适应信道特性的“刺琈P,结合,有效地解决了当前分组调度算法对多速率信道不能提供良好支持的分服务。文中给出了瓺的各项性能的解析解,包括公平性、时延、吞吐量、降级性能和复杂度;利用⒘,将对无线网络Vさ难芯亢陀τ貌羁痰挠跋臁研究成果:两种工业无线网络拓扑优化设计算法。为了提高工业无线网络的实时性和可靠性,本文从工业无线网络拓扑设计入手,分别针对完全无线连接和混合连接的工业无线网络,在拓扑优化设计方面给出了两个应用。差额轮询”调度算法.。把多余的额度分配给处于最优信道的队列,提高了系统的吞吐量。采用了新的具有更多实际意义的“多状态信道模型”,并与缺点。瓺可以适用于不定分组长度、复杂度低、并能保证长期和短期公平性、具有良好降级性能、良好的隔离性能、可为不同移动站点提供区型库,构建了无线分组调度算法的仿真测试平台。瓺算法是目前上海交通大学博士学位论文第Ⅱ页
研究成果ⅲ赫饫铩盎旌狭印敝赣邢哂胛尴呋旌狭。针对完全无线连接的工业网络,本文提出了网络拓扑优化设计的目标和约束条件,将最小化子网间的通信时间作为目标,将平衡子网大小和平衡子网通信时间作为约束条件。通过将现场设备之间通信时间关系映射成加权无向图的边和顶点的权值,利用多层多约束图划分算法划分该映射图,使得到的划分“边切割”最小杂τ谧油渫ㄐ攀奔渥钚,子图的顶点权值和近似相等杂τ谄胶庾油诓康耐ㄐ攀奔,子图包含的顶点数近似相等杂τ谄胶庾油笮。仿真结果表明该算法可以有效减少不必要的子网间通信时间,提高了网络实时性;由于网络负载平衡到所有子网中,减少了网络拥塞的可能性,提高了网络的可靠性。针对混合连接的工业无线网晒ひ狄蕴槌晒歉赏虏悴捎,将遗传算法应用到工业无线网络的拓扑设计中,同时无线网络的多速率传输特性也得到了充分的考虑。提出了网络设计的三个目标钚』油渫ㄐ攀奔洹⒆钚』油谕ㄐ攀奔洹⒆油谧艿耐ㄐ攀间保持均衡腿鲈际跫子网负荷不超过转发能力、子网之间的负荷不超过