无线局域网中竞争窗口控制的研究

摘要

无线局域网凭借其移动性强、灵活性好、易于扩展、成本低廉等特点，近年来得到了迅速的发展并被广泛地应用，被看作是未来个人通信系统的重要组成部分。IEEE 802.11系列标准是无线局域网中应用最为广泛的技术标准。 IEEE 802.11系列标准在MAC层采用CSMA/CA机制，通过二进制指数退避算法控制竞争窗口的大小，以此安排无线局域网中每个节点接入无线信道的顺序。但是，这种竞争窗口控制方法使得IEEE 802.11系列无线局域网的实际吞吐量远远低于其物理层速率所能达到的吞吐量，而且使得无线局域网的公平性较差，这些在网络中的竞争节点数量较多时尤为明显，而且，随着IEEE 802.11系列标准增加了对服务质量以及多速率等的支持，竞争窗口对这些方面的影响也值得关注。本文对于IEEE 802.11系列无线局域网中的竞争窗口控制问题进行了研究，主要研究成果如下： 1)IEEE 802.11系列无线局域网中的竞争窗口参数调整问题：针对目前在IEEE 802.11系列无线局域网中，大多数竞争窗口的控制方法较为复杂，从而难以在实际中实现的问题，分析了使用指数退避算法时，竞争窗口的参数(包括竞争窗口最小值和最大值)对无线局域网的饱和吞吐量的影响，提出了易于实现的竞争窗口参数调整算法CWPA。CWPA只需要通过对二进制指数退避算法中的竞争窗口的最小值和最大值做简单调整，就能够使网络获得更好的性能。模拟实验表明，与原有的IEEE 802.11的MAC层机制相比较，CWPA在吞吐量和公平性方面，都能够获得更好的结果。 2)IEEE 802.11e无线局域网中竞争窗口对确定比例的服务质量的影响：针对目前IEEE 802.11e标准中的二进制指数退避算法无法对确定比例的服务质量提供很好的支持的问题，设计了新的分布式的竞争窗口控制算法。新的竞争窗口控制算法通过侦听信道中的连续空闲时隙数估计信道的忙碌程度，根据已知的吞吐量比率对竞争窗口进行控制，以使信道中的连续空闲时隙数接近理论上的近似最优值，从而在最大化网络吞吐量的同时，实现确定比例的服务质量。模拟实验表明，我们的分布式竞争窗口控制算法可以对确定比例的服务质量提供很好的支持。 3)IEEE 802.11系列多速率无线局域网中竞争窗口对网络性能的影响：在多速率无线局域网中，帧冲突是影响速率调整算法提高网络性能的重要原因之一。针对目前的速率调整算法无法减少网络中的帧冲突的问题，研究了IEEE 802.11系列多速率无线局域网中竞争窗口对饱和吞吐量的影响，指出了以往的速率调整算法无法减少网络中的帧冲突的原因，提出了在多速率无线局域网中使用竞争窗口控制算法来减少帧冲突，从而改进网络性能的方法。模拟实验表明，在多速率无线局域网中，竞争窗口控制算法的引入，可以在已有的速率调整算法的基础上，使网络性能大大提高，获得更好的吞吐量和公平性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表索引

声明

第1章绪论

1.1无线局域网概述

1.1.1无线局域网简介

1.1.2无线局域网的基本特性

1.1.3无线局域网的主要应用前景

1.2无线局域网的关键技术

1.2.1物理层技术

1.2.2媒体(信道)接入控制(Medium Access Control)协议

1.2.3无线TCP(Transmission Control Protocol)技术

1.2.4服务质量(Quality of Service，QoS)

1.2.5安全问题

1.2.6网络管理

1.3本文主要的研究内容和贡献

1.4本文的组织

第2章IEEE 802.11系列无线局域网中竞争窗口控制问题的研究现状

2.1 IEEE 802.11系列无线局域网的MAC层协议概述

2.1.1 IEEE 802.11系列标准简介

2.1.2 IEEE 802.11系列的MAC层协议简介

2.1.3 IEEE 802.11 DCF机制简介

2.2 IEEE 802.11系列无线局域网中竞争窗口控制问题的研究概况

2.2.1 DCF性能分析

2.2.2竞争窗口控制方法

2.2.3无线局域网中的服务质量问题和IEEE 802.11e

2.2.4无线局域网中的多速率问题

2.3本章小结

第3章无线局域网中的竞争窗口参数调整

3.1竞争窗口控制方法的比较与分析

3.2 IEEE 802.11系列无线局域网的饱和吞吐量的理论模型

3.2.1 DCF的马尔科夫链模型

3.2.2吞吐量模型

3.3竞争窗口参数对无线局域网的吞吐量的影响

3.4竞争窗口参数调整算法

3.4.1对竞争窗口最小值的调整

3.4.2对竞争窗口最大值的调整

3.5竞争窗口参数调整对公平性的影响

3.6模拟实验

3.6.1模拟场景的建立

3.6.2实验结果

3.7本章小结

第4章无线局域网中提供确定比例服务质量的竞争窗口调整算法

4.1无线局域网中确定比例的服务质量问题及研究现状

4.2增强型分布式协调功能对确定比例服务质量的影响

4.2.1确定比例的服务质量

4.2.2 AIFS对确定比例的服务质量的影响

4.2.3指数退避算法对确定比例服务质量的影响

4.3分布式的竞争窗口控制算法

4.3.1对IEEE 802.11e中平均连续空闲时槽数的分析

4.3.2分布式的竞争窗口调整算法

4.4模拟实验

4.4.1模拟场景

4.4.2模拟结果分析

4.5本章小结

第5章多速率无线局域网中的竞争窗口控制算法

5.1无线局域网中的速率调整及其研究现状

5.2竞争窗口大小在多速率无线局域网中的作用

5.2.1多速率无线局域网中的吞吐量

5.2.2竞争窗口对吞吐量的影响

5.2.3信道噪声造成的帧错误对吞吐量的影响

5.3多速率无线局域网中的竞争窗口控制算法

5.4多速率无线局域网中的公平性

5.5模拟实验

5.6本章小结

第6章总结

6.1本文的研究内容和成果

6.2进一步的工作

参考文献

致谢

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