以无线接入点为中心的WLAN主动控制策略研究

摘要

无线局域网,特别是使用IEEE 802.11标准的无线局域网,已经成为近年来网络技术领域的一个研究热点.通过实验以及对已有研究成果的分析,该文认为无线局域网的性能主要受到无线链路上发送冲突、传输错误和不完善的无线终端切换协议这三方面的影响,同时上层通信协议的不完善也使得无线局域网不能最大程度地发挥它的潜力.为了解决这些问题,根据无线局域网的特点,该文提出了以无线接入点为中心的WLAN主动控制策略.主动控制策略引入了信息采集方案,使得无线接入点能够完整地掌握无线链路上的发送情况,从而根据无线链路上竞争的激烈程度调整无线终端的竞争窗口,改变无线终端的发送概率,使无线链路上竞争的激烈程度朝着预期的目标发展,防止带宽的利用率下降.主动控制策略通过在无线接入点上对传输错误的发生情况进行实时建模,掌握传输错误的突发性等分布特征,动态地为无线终端选择合适的数据帧长度,降低传输错误对无线链路带宽利用率的负面影响.同时无线接入点主动探测周围干扰源的存在,并使用动态变化工作频道的方法来缓解或者避免干扰源对无线链路上数据传输的影响.主动控制策略对无线终端的运动趋势进行预测,在无线终端切换之前就判断出无线终端运动的方向和切换可能涉及到的无线接入点,并通知上游的路由器调整对该无线终端的报文转发速度.在切换发生的初期,通过向无线终端通告周围无线接入点工作频道的方法,加快无线终端搜寻新的无线接入点的时间,从而缩短切换过程所持续的时间.在切换发生的同时,通过无线接入点之间的报文中继以及路由器和多个无线接入点之间的报文并发,抑制甚至避免无线终端在切换过程中的报文丢失,降低对上层通信协议的影响.主动控制策略采取了两方面的措施来改进不完善的上层通讯协议,一方面无线接入点主动向无线终端提供局部网络信息,完善无线终端上端到端的拥塞控制机制;一方面无线接入点监测无线局域网内部处理能力的变化,对上游路由器的报文转发速度进行控制,防止因为流入无线网络的数据量过大而导致网络性能的恶化.在描述相关通信协议的报文格式和交互过程之后,该文通过网络模拟程序对主动控制策略的实施效果进行了初步的验证,实验结果表明主动控制策略在提高无线局域网MAC协议的带宽利用率、降低传输层协议在无线终端切换时的性能损失、以及完善传输层协议拥塞控制机制这三方面有一定的效果,达到了预期的目标.

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及学位论文使用授权声明

第一章绪论

1.1选题的依据与意义

1.2问题的提出

1.3研究现状分析

1.3.1对IEEE 802.11标准接入方式的改进

1.3.2对IEEE 802.11标准QoS方面的改进

1.3.3在TCP over Lossy Link方面的改进

1.3.4对IEEE 802.11终端切换方面的改进

1.3.5对已有研究成果的小结

1.4本文的研究思路

1.4.1现有改进方案没有针对无线局域网的特点

1.4.2改进方案应该进一步利用数据流的集中性

1.5以无线接入点为中心的主动控制策略

1.6论文组织结构

第二章冲突分析与控制

2.1IEEE802.11接入方式分析

2.1.1 DCF和PCF接入方式的不足

2.1.2 EDCF接入方式的不足

2.2接入方式改进方案的设计

2.2.1改进方案的理论基础

2.2.2改进方案的框架

2.2.3改进方案中无线终端的退避过程

2.2.4改进方案的优点

2.3信息采集方案的设计

2.3.1信息采集包含的内容

2.3.2信息采集周期的自适应性

2.3.3流量信息提取

2.4采集信息的分析与反馈

2.4.1无线接入点对传输错误和发送冲突的区分

2.4.2采集信息的时间分析算法

2.4.3竞争窗口的计算

2.4.4 RTS/CTS握手机制启用标准的动态设置

2.5与已有标准的兼容性

2.5.1与IEEE802.11标准的兼容性

2.5.2与IEEE802.11e标准的兼容性

2.5.3对IEEE 802.11b+g共存问题的解决

2.6 小结

第三章传输错误处理与无线终端切换

3.1 IEEE802.11在传输错误处理以及抗干扰方面的不足

3.1.1无线链路上的信号衰落与传输错误

3.1.2 IEEE802.11在传输错误处理和抗干扰方面的不足

3.2传输错误和干扰处理方案

3.2.1无线局域网架设过程中的测量工作

3.2.2对报文传输错误建模与动态改变数据帧长度

3.2.3工作频道的动态改变

3.2.4功率控制

3.3IEEE802.11在无线终端切换支持方面的不足

3.3.1第三层切换概述

3.3.2IEEE 802.11所规定的切换过程的不足

3.3.3报文接收顺序对上层协议的影响

3.4切换过程的改进方案

3.4.1切换预测

3.4.2报文的中继与并发

3.4.3重新联系时的相关处理

3.4.4切换过程的超时处理

3.5切换过程改进方案的特点与兼容性

3.5.1改进方案的特点

3.5.2和已有切换方案的比较

3.5.3与IEEE 802.11f标准的兼容性

3.5.4与Mobile IP协议的兼容性

3.6 小结

第四章拥塞控制和流速控制

4.1新的网络流控方案设计

4.1.1 TCP连接信息复用机制和流速调整机制

4.1.2无线接入点对路由器进行流速调整的优点

4.1.3 TCP连接信息复用机制的优点

4.2 TCP连接信息复用机制的设计

4.2.1无线接入点的信息收集

4.2.2无线终端的信息解释

4.2.3基于无线接入点的TCP连接信息复用机制的优点

4.3无线接入点关于流速调整的决策设计

4.3.1无线接入点决策的控制目标

4.3.2无线接入点的决策依据

4.3.3无线接入点的决策逻辑

4.4路由器流速调整实现机制的设计

4.4.1主动队列管理算法的选取

4.4.2队列调度算法的选取

4.4.3相对于报文广告窗口调整机制的优点

4.5小结

第五章控制信息的交互协议设计

5.1交互协议的设计框架

5.2 LinkInfoExchange协议

5.2.1 LinkInfo Exchange协议使用的帧格式

5.2.2 LinkInfo Exchange协议的报文交互过程

5.2.3信息采集周期的动态调整与时间同步

5.3 ExternalTIRU协议

5.3.1协议使用的报文格式

5.3.2协议规定的报文交互过程

5.4 FlowRelay协议

5.4.1协议使用的报文格式

5.4.2协议规定的报文交互过程

5.5 SpeedAdjust协议

5.6 小结

第六章实验验证与分析

6.1模拟实验平台的选择与配置

6.2模拟实验规划

6.2.1接入方式的改进方案对无线链路带宽利用率的提高

6.2.2切换过程的改进方案对传输层协议性能的提升

6.2.3 TCP连接的信息复用机制对端到端拥塞控制的促进作用

6.3实验结果

第七章总结和展望

7.1本论文的工作总结

7.2进一步的工作计划

致谢

参考文献

博士研究生期间发表的论文及博士研究生期间参加的科研项目