下一代WLAN关键技术的仿真平台设计与实现

摘要

IEEE802.11无线局域网协议在最近几年得到了巨大发展，因为它部署简单、使用方便、成本低廉，越来越多的地方部署了WLAN设备，这就产生了很多的密集部署场景。现在的WLAN标准在密集部署场景下性能下降严重，因此，IEEE成立了专门的工作组来制定IEEE802.11ax协议以提高在密集部署场景下网络的性能。
　　随着无线网络仿真平台的进一步发展，NS3正在被科研界作为WLAN的主流仿真软件。相比NS2，NS3提供了更趋向于真实的WLAN协议体系架构，模拟了更为真实的WIFI网络。鉴于此，本文深入研究和分析了NS3的体系架构，对NS3的架构以及关键原理进行了详细介绍，整理并说明了NS3.19版本中数据包在802.11协议下的传输流程，重点介绍了MAC层及以下协议层中数据的传输细节和干扰计算的原理。
　　传统的CSMA/CA机制存在隐藏终端和暴露终端问题。隐藏终端和暴露终端都会降低网络吞吐量，但是，暴露终端会导致严重的可扩展性问题，当AP的密度增大时，网络总的吞吐量会达到一个上限。因此，在802.11ax的提案中提出了一种DSC算法， DSC算法通过动态的调整载波监听门限来减少暴露终端，平衡空间复用和碰撞之间的影响，以达到最优的网络吞吐量。本文介绍了一个DSC仿真框架，并在NS3.19仿真平台上搭建了DSC仿真平台，通过DSC仿真平台分析了DSC算法的性能。可以看出DSC算法在一些场景下可以提高网络的吞吐量，但是，在个别场景下，由于碰撞的原因，反而会降低网络的吞吐量，针对这个问题，本文提出了一种DSC增强机制。
　　随着可用带宽的增加和新技术的出现，物理层的峰值速率已经有了巨大的提高，然而，MAC层技术在过去的15年中却几乎没什么变化。现在的WLAN的MAC层协议是一个典型的单用户信道接入、单用户发送数据的协议。这种方式比较适合用于低密度部署的场景，在密集部署场景下，MAC层效率将会降低33％-40％。因此，在802.11ax提案中提出了 OFDMA技术，在OFDMA技术中，将整个信道划分为多个子信道，每个子信道由一些子载波组成。由于不同的节点可以同时使用不同的子载波同时发送数据，所以OFDMA技术可以让多用户同时接入信道、同时发送数据，这能大幅提升在密集部署场景下 MAC层的效率。本文介绍了一个上行 OFDMA仿真框架，并在NS3.19仿真平台上搭建了上行OFDMA仿真平台，通过上行OFDMA仿真平台分析了上行OFDMA算法的性能。

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第一章 绪论

1.1无线局域网技术发展历程及现状

1.2下一代无线局域网802.11ax

1.3选题意义及论文结构

第二章 NS3网络仿真平台分析研究

2.1 NS3简介

2.2 NS3架构分析

2.3 NS3中wifi模块分析

2.4本章小结

第三章 WLAN的动态门限调节机制

3.1 CSMA/CA机制存在的问题

3.2动态门限调节机制

3.3仿真实验

3.4本章小结

第四章 基于NS3的上行OFDMA设计与实现

4.1上行OFDMA原理

4.2仿真实验

4.3本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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