UMTSHSDPA係統的TCP性能 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

　　移動通信市場的演進，導緻瞭數據流量需求的劇烈增長。這種需求會對移動性造成一定的破壞，並會導緻信道狀況間歇性地齣現惡化現象，最終影響到傳輸控製協議（TCP）性能。《UMTS HSDPA係統的TCP性能》一書對實際應用比特率性能和係統容量方麵的TCP性能進行瞭全麵研究，並給齣瞭如何以最低成本來降低無綫網絡與TCP交互的措施。
　　《UMTS-HSDPA係統的TCP性能》是由兩個部分構成的，每個部分包括多個獨立的章節。前幾章提供瞭背景知識，並對無綫網絡的發展現狀進行瞭描述，重點介紹瞭一種第3代（3G）無綫技術：通用移動通信係統（UMTS）。這些章節也對UMTS R99和高速下行數據分組接入（HSDPA）係統中蜂窩總容量進行瞭分析。第二部分主要關注TCP與無綫係統之間的交互，給齣瞭UMTS網絡中混閤自動請求重傳（HARQ）和TCP交互的數學模型
　　在為不熟悉碼分多址（CDMA）係統以及UMTS和HSDPA蜂窩係統的高年級大學生提供背景知識的同時，《UMTS-HSDPA係統的TCP性能》也對“無綫係統中的TCP”問題進行瞭廣泛研究並為研究人員，開發人員和研究生提供瞭相應的解決方案。

作者簡介

　　Mohamad Assaad博士2006年以優異成績畢業於法國巴黎的國立高等電信學院（ENST）．專業方嚮為電子信息．獲博士學位。在攻讀博士學位期間．他是法國Evry市國立電信學院（INT）無綫網絡與多媒體業務係的助理研究員．主要從事UMTS／HSDPA係統的跨層設計和MAC／RLC層與物理層之間的TcP交互研究。他已經在許多國際期刊和會議上發錶瞭多篇與該研究領域有關的學術論文，並與一些學術界和理論界的夥伴閤作共事。其研究方嚮包括3G與B3G係統，無綫網絡中的TCP、無綫係統中的跨層設計和資源分配、用戶檢測和MlMO技術。

內頁插圖

目錄

譯者序
原書序
第1章 無綫信道
1.1 大尺度衰落模型
1.1.1 UMTS的路徑損耗模型
1.2 小尺度衰落特性與信道模型
1.2.1 接收信號包絡的統計特性
1.2.2 無綫信道響應的特性
參考文獻
第2章 蜂窩係統中的CDMA
2.1 CDMA
2.2 CDMA的優勢
2.3 CDMA碼
2.3.1 正交碼
2.3.2 擾碼
2.4 CDMA接收機
參考文獻
第3章 通用移動通信係統
3.1 UMTS業務
3.1.1 會話類應用
3.1.2 流類應用
3.1.3 交互類應用
3.1.4 背景類應用
3.1.5 服務質量參數
3.2 通用體係結構
3.2.1 用戶設備域
3.2.2 UTRAN域
3.2.3 核心網域
3.2.4 接口
3.3 UTRAN協議體係結構
3.4 UMTS信道
3.4.1 邏輯信道
3.4.2 傳輸信道
3.4.3 物理信道
3.5 物理層
3.6 媒體接入控製
3.6.1 MAC體係結構
3.6.2 協議數據單元
3.7 無綫鏈路控製
3.7.1 透明模式
3.7.2 非確認模式
3.7.3 確認模式
3.7.4 RLC發送端的SDU丟棄
3.8 包數據集中協議
3.9 BMC和MBMS
3.10 無綫資源控製
3.11 自動請求重傳協議
3.11.1 停止等待協議
3.11.2 滑動窗口協議
3.12 功率控製
3.12.1 開環功率控製
3.12.2 閉環功率控製
3.13 切換
3.14 建模與蜂窩容量
3.14.1 上行容量
3.14.2 下行容量
參考文獻
第4章 高速下行數據分組接入
4.1 HSDPA的概念
4.2 HSDPA結構
4.3 信道結構
4.3.1 HS-DSCH信道
4.3.2 HS-SCCH信道
4.3.3 HS-DPCCH信道
4.3.4 HSDPA信道的定時
4.4 MAC-hs
4.4.1 UTRAN端的MAC體係結構
4.4.2 用戶設備端的MAC體係結構
4.5 快速鏈路適配
4.6 自適應調製與編碼-
4.7 HARO
4.7.1 HARQ類型
4.7.2 HARQ協議
4.7.3 HARQ管理
4.8 分組調度
4.8.1 調度約束條件與參數
4.8.2 調度算法的選擇
4.9 HSDPA建模與蜂窩吞吐量
4.9.1 HARQ
4.9.2 AMC
4.9.3 調度
4.9.4 結論
參考文獻
第5章 應用與傳輸控製協議
5.1 UDP業務
5.2 TCP業務
5.2.1 萬維網
5.3 TCP
5.3.1 連接建立與終止
5.3.2 TCP分割
5.3.3 流量控製與滑動窗口機製
5.3.4 確認與糾錯
5.3.5 擁塞控製與重傳機製
5.4 TCP建模
5.4.1 獨立丟包模型
5.4.2 隨機丟包模型
5.4.3 網絡模型
5.4.4 控製係統模型
參考文獻
第6章 無綫係統的TCP問題與增強方案
6.1 無綫環境因素
6.1.1 有限帶寬與長RTT
6.1.2 高丟包率
6.1.3 移動性
6.1.4 非對稱鏈路帶寬
6.2 TCP性能增強方案
6.2.1 鏈路層解決方案
6.2.2 分割方案
6.2.3 端到端解決方案
參考文獻
第7章 UMTS-HSDPA係統的TCP性能
7.1 TCP性能
7.2 UMTS-HSDPA係統TCP連接的通用體
7.3 RLC、MAC-hs和TCP之間的比較
7.3.1 可靠性
7.3.2 流量控製與滑動窗口
7.3.3 分割
7.4 UMTS.HSDPA係統的TCP建模
7.4.1 超時
7.4.2 慢啓動
7.4.3 第一次丟包的恢復時間
7.4.4 穩態階段
7.4.5 無綫網絡上的TCP效應
7.5 UMTS-HSDPA係統的其他TCP分析
參考文獻
附錄 英文縮略語對照錶

前言/序言

　　無綫係統和網絡正在逐漸從以話音為中心的第1代技術，演進到能夠額外提供非實時低數據速率業務的數字係統。撇開從第1代到第2代的演進過程不說，蜂窩係統的數據速率仍然停留在較低的水平。相反，無綫局域網能夠提供較高的總數據速率，且從理論上講，已經能夠實現與互聯網及其相關協議的兼容。後來引入瞭麵嚮分組的蜂窩網絡，這些網絡能夠兼容互聯網協議（IP），或者能夠與20世紀末齣現的GPRS、EDGE、IS-95和IS-136係統實現互連互通。驅動因素主要是蜂窩網絡和業務與互聯網及相關多媒體業務兼容的呼聲越來越高，以實現覆蓋範圍的最大化。如果不實現網絡互聯，蜂窩網絡將無法從迅猛發展的互聯網及不斷增長的多媒體應用與業務中受益。
　　互聯網和數據業務應用的不斷深入，也催生瞭麵嚮分組的係統。各種各樣的高級無綫電技術也為在無綫網絡中大規模引入多媒體業務提供瞭有利條件。最為常用的技術包括自適應調製與編碼（AMC）、鏈路自適應、調度、復雜檢測與編碼技術以及諸多用於改善無綫網絡性能的方法。通過采用自適應調製與編碼技術，可以實現較高的頻譜效率；通過采用鏈路自適應技術，可以降低無綫信道損耗；通過采用調度技術，能夠支持智能分配與資源共享，以實現容量擴充；通過采用復雜的檢測與編碼技術，可以有效地解決多用戶乾擾問題。多發送多接收天綫也可用於實現較高的數據速率，提高係統容量。事實上，達到高數據速率需要引入空域、時域和頻域分集技術。無綫局域網已經開始使用分集技術。蜂窩網絡有望在不遠的將來充分利用這三維領域中的相關技術。例如，歐洲的通用移動通信係統（UMTS）技術正在為此項演進作準備，作為UMTS空中接口以及接入網和核心網體係結構的標準製定機構，第3代協作項目組織（3GPP）已經連續發布多個版本標準，促進網絡的融閤。目前，3GPP正準備引入多天綫技術，來完成UMTS體係結構增強版標準製定的最後一個階段。
　　目前，不管是基於TDMA和CDMA的無綫係統，還是基於OFDM的無綫係統，在引入這些關鍵特徵時都非常謹慎。第3代蜂窩係統有望通過分階段引入自適應調製與編碼（AMC）、調度和分集技術，來提高頻譜效率（每個蜂窩的容量）和數據速率（每次會話或每種應用）。對應於歐洲WCDMA標準的UMT SFDD模式，從R5版本以後，開始包含瞭自適應調製與編碼（AMC）、調度和混閤自動請求重傳（HARQ）技術。
　　但是，在初始階段（即UMTS的R99版本中），主要是依靠基於CDMA的無綫和接入技術。該版本適用對象是GPRS核心網中的分組域，可通過隧道協議和網關來提供部分IP融閤業務。在演進過程中，僅僅做到這一步還是遠遠不夠的，必須要實現與IP的完全兼容。．R99版本中規定的空中接口也無法提供所需的高數據速率。R99之後的版本，為瞭實現GSM和GRPS到UMTS 3G的平滑過渡，從R5版本到R7版本，在標準中都引入瞭大量增強方案，來支持靈活的、具有自適應特性的分組傳輸，並能夠提供基於互聯網的業務。由互聯網工程任務組（IETF）提齣的會話發起協議（SIP）也被3GPP采納，用於在UMTS中建立和控製會話，其原理和流程與互聯網非常類似。接著，3GPP又通過引入IP多媒體子係統（IMS），進一步增強瞭網絡的融閤能力。
　　在數據鏈路層（無綫鏈路控製和媒體接入控製）和無綫資源控製層，第1個增強方案是在：R99版本專用信道旁的共享信道下行鏈路中添加的。專用信道適用於實時業務，但不適用於分組業務。如果僅使用專用信道，則會浪費寶貴的資源（對應於CDMA中的功率與代碼），容量也會大大降低。共享信道的引入能夠節省能源，降低乾擾，提高係統容量。最近，在上行方嚮也添加瞭增強方案。
　　如前所述，提高數據速率可通過在信道中引入自適應調製與編碼（AMC）和無綫鏈路自適應技術來實現。目前，大多數係統將AMC和其他技術進行集成，來提高空中接口的數據速率和可靠性。UMTS數據鏈路層使用HARQ來重傳接收錯誤的無綫數據塊，以提高鏈路的可靠性。UMTS中的標準測量方法和質量指示符，為實現高效的調製與編碼選擇及鏈路自適應提供瞭多種方式。
　　除瞭在標準中引入AMC之外，在共享信道上引入調度技術，可以提高係統容量和提供基於分組的多媒體業務。共享信道上的調度技術必須充分考慮到無綫信道狀態、蜂窩中的移動位置以及用於提供有形吞吐量、容量、時延改善功能的業務類型。此外，調度技術還必須確保用戶和應用的公平性。
　　在網絡中，通過在空中接口引入新特徵來提高數據速率和增強數據傳輸可靠性，會對端到端的性能和效率産生一定的影響。基於ARQ與高層協議交互的重傳機製，尤其是對與IP同時使用以提供非實時業務的傳輸控製協議（TCP）來說，影響會更加顯著。實時業務通常使用用戶數據報協議（UDP）／IP來提供，流媒體業務通常使用實時流媒體協議（RTSP）／實時傳輸協議（RTP）／IP來提供。跨層設計會對總的吞吐量和容量産生顯著影響。在描述這些交互過程和提齣用於防止或降低因在無綫網絡中引入ARQ及其他技術導緻的任何一種負麵效應的建議時，尤其需要注意，因為ARQ及其他技術不可避免地會與核心網中的擁塞控製機製發生相互作用。
　　在學術界，早期已經有人對無綫鏈路控製機製和TCP之間的交互進行瞭研究，當空中接口上的隨機誤差被TCP錯誤地作為固定網絡部分的擁塞進行處理時，他們提齣瞭許多TCP變種來降低和消除交互過程。在本書的第6章，我們將詳細描述當前可用的大量TCP變種。當人們對TCP進行修改試圖降低由發生在無綫鏈路上的錯誤導緻的跨層負麵效應時，雖然一些方法給齣瞭鏈路層的解決方案，可是大多數方法不符閤端到端的IP範式。在這些方案中，目前隻有少數方案在用。通常，在位於公用陸地移動網（PLMN）無綫核心網邊緣的網關處使用分離TCP，將互聯網與PLMN分離開來，這樣可以避免TCP與無綫鏈路誤差與恢復機製之間的相互影響。在人們探索標準或原始TCP的替代方案時，由於一些TCP版本在互聯網上得到瞭廣泛的部署，因而已經成為事實上的標準。本書第7章將在詳細分析采用HARQ和調度技術的UMTS的基礎上，對常用的、公認的TCP版本進行介紹。
　　本書結構支持那些已經掌握瞭UMTS或TCP及其變種的讀者，跳過某些章節，直接瀏覽他們感興趣的書稿內容。本書的總體結構如圖l所示，包含兩個主要部分，第1部分（第1～4章），主要提供無綫網絡的背景知識，尤其是作為第3代無綫技術之一的UMTS網絡背景知識。第1部分還對UMTS R99和高速下行鏈路數據分組接入（HSDPA）係統的蜂窩總容量進行瞭分析和建模。第2部分（第5～7章）主要研究TCP與無綫係統之間的交互，這一部分對無綫網絡上的TCP進行瞭深入的研究，並對uMTS網絡中的HARQ和TCP的交互（包括、HSDPA能力）進行瞭分析，並建立瞭數學模型。

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