基于智能天线的无线局域网接入控制协议的研究

摘要

随着个人数据通信的普及,无线局域网技术得到越来越广泛的应用,它以接入的灵活性和移动性成为个人通信的一个重要组成部分.同时用户对数据业务的要求也越来越高,为了满足这种业务需求,人们不断地引入新的技术和方法来提升无线通信系统的容量.智能天线技术是一种可以有效改善无线信道性能,提高无线通信系统容量的新技术,它已经成为第三代无线通信系统中的一项关键技术,因此如何有效地将智能天线技术引入到无线局域网中成为了研究的一个热点问题.无线网络中媒质接入控制协议(Medium Access Control MAC)用于解决多个用户如何共享信道的问题,它对无线网络系统的性能有着决定性的影响.良好的MAC协议设计应该保证在任意的业务负载情况下都有较高的吞吐率、较低的时延以及较少的开销.传统的无线局域网协议工作机制是建立在节点以全向天线工作的机制下的,其中IEEE 802.11系列协议是目前使用最广的一种机制,它在全向模式下工作的很好.但是如果将智能天线引入到无线局域网中,由于智能天线具有方向性,因此会给IEEE 802.11协议的工作机制带来一些负面影响.为了有效地利用智能天线的空分复用的特点,同时减少由于其方向性带来的一些影响,需要对原有的接入协议进行修改.针对智能天线和无线信道的特点,有许多基于智能天线的接入控制协议被提出来,以实现信道的空分复用.本文研究了IEEE802.11的接入控制协议的基本工作机制、智能天线技术及其在无线通信中的应用,分析了一些具有代表性的使用智能天线的无线接入协议.最后根据无线局域网的特点,在IEEE 802.11协议的基础上,参考现有的基于智能天线的接入控制协议,提出了一种新的基于智能天线的无线局域网接入控制协议,即在不改变网络现有帧结构的基础上,使用IEEE 802.11协议中的控制帧实现一种支持智能天线空分复用的无线局域网接入控制协议.并且利用OPNET仿真工具实现了该协议的建模和仿真,与使用全向天线的IEEE802.11b协议的网络作了性能比较.通过仿真分析可以看到该协议在DCF机制下利用智能天线实现了信道的空分复用,使得系统的吞吐量有了大幅的提升.

目录

文摘

英文文摘

创新性声明和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1引言

1.2研究背景

1.3本文的主要内容

第二章无线局域网及其MAC协议

2.1无线局域网简介

2.1.1无线局域网的概念

2.1.2无线局域网的基本结构

2.2 IEEE 802.11协议中的接入机制

2.2.1分布式协调功能(DCF)

2.2.2点协调功能(PCF)

第三章智能天线技术在无线网络中的应用

3.1智能天线的基本组成

3.2智能天线的分类

3.2.1波束切换系统

3.2.2自适应天线阵列

3.3智能天线的用途

3.4智能天线对无线局域网接入协议的影响

3.4.1聋节点问题

3.4.2隐藏终端问题

3.4.3远近效应问题

第四章支持智能天线的无线网络MAC协议

4.1 D-MAC协议

4.1.1定向RTS机制

4.2.2定向RTS和全向RTS结合的机制

4.2 ORTS-OCTS协议

4.3 SWAMP协议

4.3.1 OC-mode

4.3.2 EC-mode

4.3.3两种模式的切换

4.4 TONE DMAC协议

4.5 ABF-CSMA/CA协议

4.6各种协议的特点分析

第五章一种基于智能天线的无线局域网MAC协议

5.1协议工作的环境

5.2协议的DCF机制

5.2.1节点的信息表

5.2.2数据的发送和接收

5.2.3站点信息表的更新以及天线的调整

5.2.4协议总体工作流程

5.2.5在不同网络结构的情况下DCF机制的差异

5.3协议的PCF机制

第六章协议的性能分析

6.1仿真工具的选择

6.2仿真模型的建立

6.2.1进程模型的建立

6.2.2节点模型的建立

6.3不同情况下协议性能的分析

6.3.1邻节点表对协议性能的影响

6.3.2协议实现的对信道的空分复用

6.3.4全向发送CTS时的性能

6.3.4智能天线系统对冲突的分解

第七章结束语

致谢

参考文献

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