A cross-layer approach

A cross-layer approach pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:ProQuest / UMI
作者:Minkui Liu
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2006-03-20
价格:USD 69.99
装帧:Paperback
isbn号码:9780542070013
丛书系列:
图书标签:
  • 网络
  • 跨层优化
  • 协议设计
  • 无线通信
  • 网络架构
  • 性能优化
  • 资源管理
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具体描述

The communication network is layered in order to decompose the complex network design problems into simpler and easy to manage problems in each individual layer. However, the end-to-end performance may suffer, as the layered approach ignores the interaction among different layers. In this dissertation, we consider a particular network design algorithm, a scheduling protocol in a wireless network. We take a cross-layer approach by jointly considering the components at both the physical layer and the link layer to analyze and optimize the performance of a wireless scheduling protocol. We first propose a novel scheduling protocol for communications over time-varying wireless channels with memory. We incorporate a realistic channel model, and develop a new notion of system level fairness to study the impact of the changes in the physical layer on the performance of the scheduling protocol at the data link layer. We also consider imperfect estimation of the channel conditions, based upon which the scheduling decision is made. Secondly, we present a criterion which determines the existence of fair wireless scheduling protocols. We develop a two-tier channel model to tie the performance of the scheduling protocol directly with the physical layer parameters. We demonstrate the tradeoff between the throughput and the fairness property of the scheduling protocol, and provide guidelines to design scheduling algorithms to maximize the system throughput. We then study a mechanism of providing channel state information to the scheduler. We introduce a technique using noncoherent detection to estimate the channel state in order to avoid the overhead of a pilot-aided channel estimation scheme. We propose a two-policy scheduling rule when noncoherent detection is employed, and show that higher throughput gain can be achieved. We also show our cross-layer design philosophy by another example: incorporating an ARQ scheme to an interleaved coded system. We derive the optimal size of the interleaver when a retransmission strategy is used to meet the both delay constraint and the reliability requirement. Finally, we show our experimental findings on the packet error statistics in 802.11b networks.

《深入理解计算机系统:从硬件到软件的全面解析》 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入的计算机系统视角,涵盖从最底层的硬件架构到上层应用软件开发的各个关键层面。我们相信,要真正掌握现代计算技术,必须理解这些层次之间复杂的交互作用与设计权衡。本书的叙事结构模仿了信息在计算机系统中流动的路径,力求构建一个连贯、逻辑清晰的学习体验。 第一部分:数字逻辑与信息表示 本部分是理解整个系统的基石。我们将从最基本的二进制算术和布尔代数出发,探讨如何使用逻辑门(AND, OR, NOT, XOR等)构建更复杂的组合逻辑电路,如加法器和多路选择器。 随后,我们将深入讲解存储单元(锁存器和触发器)如何构建时序逻辑电路,这是实现寄存器和内存的基础。我们将详细分析数据在计算机内部的表示方式,包括定点数和浮点数的IEEE 754标准。理解这些底层表示对于精确处理数字信号和避免常见的精度错误至关重要。最后,本部分会介绍指令集架构(ISA)的初步概念,作为连接硬件和软件的第一个桥梁。 第二部分:中央处理器(CPU)的组织与实现 本部分聚焦于计算机的大脑——中央处理器。我们将剖析一个典型的RISC(精简指令集计算机)或CISC(复杂指令集计算机)处理器的核心组件:算术逻辑单元(ALU)、控制单元、寄存器文件。 核心内容将围绕数据通路(Datapath)的设计展开,解释指令是如何被取指、译码、执行、访存和写回的。我们随后将引入流水线技术(Pipelining),这是现代高性能处理器实现的关键。读者将学习到如何通过流水线来提高指令吞吐量,同时深入分析流水线带来的挑战,如数据冒险和控制冒险,以及如何通过转发(Forwarding)和分支预测技术来解决这些问题。指令级并行性(ILP)的实现机制将在本章中得到详尽的阐述。 第三部分:存储系统:层次结构与性能优化 现代计算机性能的瓶颈往往不在于CPU的计算速度,而在于数据访问的延迟。本部分系统地讲解了存储器的层次结构,从CPU内部的寄存器,到SRAM实现的片上缓存(Cache),再到DRAM构成的物理内存,直至最后的磁盘存储。 我们对缓存的重要性进行深入的探讨。读者将学习到缓存的基本工作原理,包括块的映射方式(直接映射、组相联、全相联)、替换策略(如LRU)以及写策略(直写、回写)。我们将运用数学模型来分析缓存命中率和平均存储器访问时间(AMAT),使读者能够量化不同缓存设计对系统性能的影响。此外,虚拟内存机制的引入将使我们能够理解操作系统如何管理内存空间,实现隔离和抽象。 第四部分:程序与链接:从源代码到可执行文件 本部分将视角转向软件的创建过程。我们将跟踪一个C语言程序从源代码文件(`.c`)到最终在机器上执行的机器代码文件的完整旅程。 详细分析预处理、编译、汇编和链接这四个关键步骤。特别强调汇编语言在其中起到的桥梁作用,并结合特定的ISA(如x86或ARM)来解读机器指令的格式和操作。链接器的角色至关重要,我们将区分静态链接和动态链接,解释符号解析、重定位以及共享库的工作机制。理解链接过程是调试复杂程序和理解程序加载机制的基础。 第五部分:操作系统与进程管理 操作系统作为系统的管理者,负责资源的抽象与调度。本部分将深入探讨操作系统的核心功能。我们首先关注进程与线程的概念,理解它们与程序的区别。 进程的生命周期、上下文切换的机制以及它们如何在多核环境中并行执行将被详细讲解。调度算法(如FCFS, SJF, 轮转法,优先级调度)的理论和实际应用将是重点。此外,并发控制是多线程编程的关键,我们将介绍同步机制,如互斥锁(Mutex)、信号量(Semaphore)以及条件变量,并分析死锁的产生条件和避免策略。内存管理方面,除了虚拟内存的基础,我们还将讨论页面置换算法(如FIFO, OPT, LRU)及其在性能上的权衡。 第六部分:I/O、网络与系统级性能分析 最后一部分关注计算机如何与外部世界交互,以及如何测量和分析系统的整体性能。 输入/输出(I/O)系统是实现设备通信的接口。我们将讨论I/O的基本技术,包括轮询、中断驱动I/O和直接内存访问(DMA),解释它们如何减轻CPU的负担。网络通信基础部分将简要介绍TCP/IP协议栈的核心概念,理解数据包如何在不同层次上传输和处理。 本书的结尾将引导读者掌握系统性能分析的工具和思维方式。通过对跟踪工具的介绍,读者将学会如何识别系统瓶颈,是CPU受限、内存带宽受限、还是I/O等待,从而进行有针对性的优化。 目标读者 本书适合计算机科学专业的高年级本科生、研究生,以及希望深入理解系统工作原理的软件工程师和系统架构师。阅读本书需要具备基础的编程知识和对离散数学的基本理解。本书力求在理论的严谨性和工程的实践性之间找到完美的平衡点,确保读者不仅“知道是什么”,更能“理解为什么”和“知道如何做”。

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