无线局域网多速率和多信道MAC协议研究

摘要

随着IEEE802.11系列标准的颁布，无线局域网以其灵活布设、高带宽和无线接入的优势，成为一种很有发展前景的互联网接入解决方式。由于MAC层对无线网络的性能有着重要的影响，因此设计一个高效的MAC协议显得尤为重要。 当前很多MAC协议采用速率自适应机制来适应无线信道，这就使得单一的网络中存在多种速率。许多研究者对多速率MAC性能进行分析，但没有考虑信道错误对其性能的影响，因此本文的研究内容之一就是分析多速率IEEE802.11 MAC在高斯信道和衰落信道下的性能。 另外，现有的IEEE802.11协议在多速率网络下存在明显的性能缺陷。因此本文通过实验系统地评估了当前的各种解决多速率网络性能异常的方法，然后提出一种基于完全碰撞避免的多速率MAC协议(Collision Avoidance Multi-rate MAC，CAMR-MAC)。实验表明，该协议有效地提高了多速率网络的性能并保证了各个节点的时间公平性。 最后在基于专用控制信道的多信道MAC协议中，控制信道的碰撞会极大地降低数据信道的利用率。因此，本文以DCA(Dynamic Channel Assignment，DCA)为例，分析了基于专用控制信道的多信道MAC协议的性能。在此基础上，提出基于自适应竞争窗口机制的DCA协议(Adaptive Window DCA，AW-DCA)。仿真表明，AW-DCA有效地提高了网络的吞吐量。然而，AW-DCA毕竟还是基于竞争接入的，因此本文进一步提出基于完全碰撞避免的DCA协议(Collision Avoidance DCA，CA-DCA)。实验表明，该方案又比AW-DCA有了较大的性能提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章无线局域网MAC协议概论

1.1无线MAC协议的主要功能及技术指标

1.1.1无线MAC协议的主要功能

1.1.2无线MAC协议的主要技术指标

1.2 IEEE 802.11 DCF协议简介、面临问题及解决方案

1.2.1 IEEE 802.11 DCF协议简介

1.2.2 IEEE 802.11 DCF协议面临的问题及解决办法

1.2.3 IEEE 802.11标准对多信道和多速率的支持

1.3多速率MAC协议综述

1.3.1 IEEE 802.11在多速率网络中存在的问题

1.3.2目前的研究情况

1.4多信道MAC协议综述

1.4.1多信道MAC协议存在的问题

1.4.2目前的研究情况

1.5本文的主要工作及创新点

第2章多速率网络性能分析

2.1多速率IEEE 802.11网络在高斯信道下的性能分析

2.1.1发送概率

2.1.2饱和吞吐量

2.1.3模型验证

2.2多速率IEEE 802.11网络在衰落信道下的性能分析

2.2.1 IEEE 802.11b物理层各种调制解调方式的误码性能

2.2.2 Nakagami衰落信道模型

2.2.3多速率IEEE 802.11在衰落信道下的性能分析

2.3动态调整RTSThreshold

2.3.1不同速率的节点比例对RTSThreshold的影响

2.3.2不同的节点个数对RTSThreshold的影响

第3章多速率MAC协议改进

3.1基于自适应竞争窗口机制

3.1.1竞争窗口对网络性能的影响

3.1.2自适应竞争窗口算法

3.1.3自适应竞争窗口机制在单速率网络下的性能

3.1.4自适应竞争窗口机制在多速率网络下的性能

3.1.5自适应竞争窗口机制的不足

3.2基于竞争窗口区分机制

3.2.1基于竞争窗口区分机制的多速率IEEE 802.11协议性能

3.2.2基于竞争窗口区分机制的多速率IEEE 802.11的公平性

3.3基于包长区分机制

3.3.1各个不同速率节点所要传输的最优包长

3.3.2基于包长区分机制的多速率IEEE 802.11协议性能

3.3.3基于包长区分机制的多速率IEEE 802.11的公平性

3.4基于帧问间隔区分机制

3.4.1基于帧间间隔区分的多速率IEEE 802.11协议性能

3.4.2基于帧间间隔区分的多速率IEEE 802.11协议的公平性

3.5基于碰撞避免的多速率MAC协议(Colljsion Avoidance MuIti-Rate MAC.CAMR-MAC)

3.5.1 CAMR-MAC简介

3.5.2 CAMR-MAC协议的性能

3.5.3 CAMR-MAC协议的公平性

第4章多信道MAC协议的性能分析及改进

4.1基于专用控制信道的两种经典的多信道MAC协议

4.1.1 DCA(Dynamic Channel Assignment)

4.1.2 MMAC(Multi-channel MAC)

4.2 DCA协议的性能分析

4.2.1 Markov链模型

4.2.2 M/M/K排队模型

4.2.3模型验证

4.3基于自适应竞争窗口机制的DCA协议(AW-DCA)

4.4基于碰撞避免的DCA协议(CA-DCA)

第5章结论及展望

5.1研究工作总结

5.2未来的研究方向

攻读硕士学位期间的学术论文及参与项目

致谢语

参考文献