无线局域网IEEE802.11n高吞吐量MAC层关键技术研究

摘要

IEEE802.11n是下一代无线局域网的标准，高吞吐量是该标准的主要特点。为了克服原有MAC层协议开销过大造成的吞吐量受限，IEEE802.11工作组增加了新的MAC层协议。本文从数据包聚合、双向传输、中央调度方案三个方面研究使MAC层吞吐量达到IEEE802.11n要求的关键技术。 对于数据包聚合协议，本文比较了四种聚合方案的传输效率和可靠性等性能，选择兼顾了可靠性和效率的A-MPDU作为研究对象。对采用A-MPDU的各种接入方式系统，推导了饱和吞吐量表达式，分析系统吞吐量与数据包聚合个数等系统参数的关系，为实际应用中系统参数的选择提供了理论依据。 为了在非理想信道和给定时延约束下提高IEEE802.11n系统的吞吐量，本文深入分析了DCF机制下采用数据包聚合方案的平均时延及各退避阶的平均时延，推导了有传输差错条件下采用聚合后一次成功发送的平均数据量；将该数据量代入描述理想信道DCF系统的Markov模型的饱和吞吐量表达式，得到非理想信道下DCF系统的饱和吞吐量计算式。以最大化系统饱和吞吐量为目标，设计了一种在给定时延约束下，根据信道状态动态调节包长和聚合个数的算法。仿真结果证实采用了该算法的系统饱和吞吐量明显高于用固定包长和聚合个数的方案。该算法为非理想信道下，采用数据包聚合的系统提供了在时延约束内最大化系统吞吐量的可行方案。 对于双向传输协议，本文利用修正的Markov模型，对采用A-MPDU和双向传输的EDCA系统，推导了饱和吞吐量表达式。利用该表达式分析了在不同信道下，双向传输的饱和吞吐量与站点个数和聚合个数等系统参数的关系，为实际应用中参数的选择提供了理论依据。 对于中央调度方案，本文评估了改进中央调度方案对IEEE802.11n系统饱和吞吐量的提高空间。并针对隐终端带来的吞吐量下降问题，提出一种新的中央调度方案。在存在不同比例隐终端的条件下，比较该方案与其他方案的调度效率。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1 IEEE802.11/11e MAC层协议概述

1.1.1无线局域网网络结构

1.1.2 MAC层的架构

1.1.3基于竞争的MAC层协议

1.1.4基于调度的MAC层协议

1.1.5 MAC层主要传输协议

1.1.6原有MAC层协议对MAC层吞吐量的限制

1.2 IEEE802.11n MAC层协议简介

1.2.1数据包聚合协议

1.2.2双向传输协议

1.2.3中央调度方案

1.3本文的主要贡献和结构安排

第二章IEEE802.11n数据包聚合协议技术研究

2.1 IEEE802.11n主要包聚合方案简介与比较

2.1.1 A-MSDU方案

2.1.2 A-MPDU

2.1.3 A-PPDU

2.1.4 PPDU Bursting

2.1.5四种聚合方案的比较

2.2 A-MPDU对系统吞吐量的影响

2.2.1采用A-MPDU方案的DCF系统饱和吞吐量

2.2.2采用A-MPDU方案的EDCA系统的饱和吞吐量

2.2.3采用A-MPDU方案的Multipoll系统的调度效率

2.3非理想信道和时延约束下最优包长和聚合个数调节算法

2.3.1非理想信道下系统的饱和吞吐量

2.3.2平均时延

2.3.3最优包长和聚合个数调节算法

2.4本章小结

第三章IEEE802.11n双向传输机制研究

3.1双向传输机制简介

3.2双向传输机制对系统吞吐量的影响

3.2.1仿真场景

3.2.2采用双向传输的EDCA系统吞吐量

3.2.3采用双向传输的HCCA系统吞吐量

3.3基于DCF的双向传输机制

3.3.1一种基于DCF的双向传输协议

3.3.2时间阈值

3.3.3发送队列主动搜索功能

3.3.4仿真场景及性能分析

3.4基于EDCA的双向传输机制

3.4.1场景设置

3.4.2采用双向传输的EDCA系统饱和吞吐量推导

3.5本章小结

第四章IEEE802.11n调度机制研究

4.1调度机制对系统吞吐量的影响

4.1.1主要的中央调度方案

4.1.2中央调度方案改进对系统吞吐量提高空间的评估

4.2高效可靠的调度方案研究

4.2.1现有方案的隐终端问题

4.2.2新提出的ESA-Multipoll方案

4.3本章小结

第五章总结和展望

参考文献

在读期间参与的科研项目和发表的论文

致谢