无线局域网的MAC层公平性及协议设计

摘要

无线信道有着不同于有线信道的特性，因此需要特别设计专门的无线介质访问控制(MAC)协议以避免无线网络中的信号冲突，并为无线网络用户提供高质量的数据传输服务。无线MAC协议的设计问题多年来一直是网络研究的热点领域，且方兴未艾。作为无线局域网事实上的标准，IEEE802.11多年来一直为学术界和工程界所关注和研究。随着一些新的技术被引入无线局域网，一些特殊的网络传输特性使得802.11不再适合于这些新型无线局域网。在本文中，分别针对两种新型的无线局域网提出新的MAC协议。 首先，针对采用多波束天线接入点，全向天线终端，单信道的无线局域网提出一个新的MAC协议以充分挖掘多波束天线的优势。该协议解决了一系列具有挑战性的问题，如扇区负载不均衡问题(扇区级的公平性问题)，非必要延迟问题，接收方阻塞问题，非理想化天线问题，终端移动问题等等。通过解决这些问题，终端与接入点之间的并行链路能够尽可能多地被建立起来，而网络的整体性能则能得到显著的提升。仿真结果表明，在为无线局域网用户提供更均衡传输服务的同时，该机制还能显著地提升系统的吞吐量。 接着，针对多跳无线局域网提出了新的退避机制。除网络的聚合吞吐量以外，无线局域网的单个用户所能享有的服务性能还受以下两个因素影响：一是无线信道容量的分配策略(对应于无线网络的长期公平性问题)，一个是短时间范围内终端接入信道概率的分布情况(对应于无线网络的短期公平性问题)。不幸的是，广泛使用的二进制退避机制(BEB)在这两个方面表现得都不好。新的退避机制分为可以分离也可以合并的两个部分：一是BWA算法，它可以调整竞争窗口的初始值，用以实现长期的公平带宽分配；二是SLSCWA算法，它可以进行竞争窗口大小的动态调整，解决无线网络的短期公平性问题。仿真结果表明，该机制能够提供比BEB更公平的传输，且在绝大多数情况下能够获得更高的聚合吞吐量。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1.1无线局域网简介

1.2关于MAC协议设计

1.3后续章节内容的安排

第2章无线MAC协议概述

2.1 ALOHA

2.2载波侦听多路访问(CSMA)

2.3多址多接入冲突避免协议(MACA)

2.4无线多址接入冲突避免协议(MACAW)

2.5 IEEE 802.11 MAC协议

2.5.1分布式协调机制(DCF)

2.5.2点协调机制(PCF)

2.6小结

第3章采用多波束接入点的无线局域网MAC协议

3.1采用多波束接入点的无线局域网的引入

3.2新协议设计的必要性及面临的问题

3.3系统模型及扇区负载均衡性

3.4多波束MAC协议需要解决的若干问题

3.5采用多波束接入点无线局域网的MAC协议

3.6仿真实验及结果

3.7本章小结

第4章为(多跳)无线局域网提供公平传输

4.1多跳无线局域网简介

4.2二进制退避算法的公平性问题

4.3几种公平性原则的简要介绍

4.4本章提出的公平退避机制

4.4.1初始竞争窗口值的确定

4.4.2竞争窗口值的动态调整策略

4.5仿真实验及结果

4.5.1公平性问题

4.5.2吞吐量和传输质量

4.6本章小结

第5章结语

5.1论文的总结

5.2展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢