IEEE802.11无线局域网性能表现——跨层模型，系统仿真与实验验证

摘要

随着无线通信技术的发展，提供移动Internet接入的无线网络正逐步改变人们的生活。以前对WLAN的研究大部分集中于某一层的协议的改进，分析和以仿真为基础的性能研究，主要将精力放在某一层的性能与提升对整个WLAN网络性能的影响，而较少考虑到以WLAN网络为整体，以各层分析与协作的角度入手，跨层分析WLAN网络的整体性能；也没有以大型的实验为基础的对WLAN系统性能的研究和以跨层分析，多层协作为视角来分析WLAN系统的性能表现的工作。为了对实际的WLAN网络的部署和应用提供实验数据，为实际WLAN网络的优化提供依据，我们搭建WLAN实验网络，以实际的WLAN网络整体为研究对象，充分模拟实际的用户的各种使用状况进行实验，对WLAN网络的整体性能进行了分析和研究，并通过数据模型的构建和分析，计算机仿真研究了基于TCP协议的WLAN性能表现。 在以往的观念和仿真研究中，并且以往的观点普遍认为随着接入用户的增多，MAC层的DCF系统吞吐量会急剧下降。但在很多的系统仿真中，并没有考虑到物理层用户信道多样性的影响，事实上，在物理层表现出来的用户信道多样性会比较明显的减小吞吐量的下降；并且运行于WLAN之上的TCP协议调整网络使DCF处于两到三个无线终端的有效竞争下，使WLAN可以达到很大的吞吐量，即使在饱和负载下。有实验表明，在802．11的WLAN中当接入的无线终端处于中等负载数量时，系统的吞吐量会有显著的下降，但我们同样发现，在这种状况下，系统吞吐量的显著下降很大程度上是因为动态速率调整机制的开启而造成对碰撞和系统噪声的混淆，从而主动降低传输速率，而并非系统容量的下降。另有观念认为，因为前向的TCP数据包和回传的ACK包碰撞，会显著增大误帧率，从而产生WLAN系统的吞吐量的显著下降。 我们通过实际的应用规模的实验，避免了以往大多数研究只针对WLAN一层的独立实验和研究，将WLAN系统这个由各层有机合作的整体作为研究对象，澄清了以往对WLAN系统性能的模糊观念，证明了通过各层的协作，基于TCP的WLAN可以达到很高的性能表现，并且证明了TCP的前向数据包和ACK包的碰撞，通过DCF的自我调整机制和TCP协议的反馈控制机制的调整，并没有对整个WLAN系统的性能产生太大的负面影响。 第二，通过跨层模型的构建，对动态速率传输，DCF，TCP的跨层数据模型的分析，包括ARF-DCF（物理层与MAC层）性能联合分析，TCP-DCF（传输层与MAC层）的联合分析，以数据模型的构建对本文的理论做了支持。 第三，通过使用计算机系统仿真，对TCP-over-WLAN进行了仿真，从WLAN网络的碰撞率，上下行吞吐量，时延，丢包数，公平性，抖动等关键网络参数入手，对TCP-over-WLAN进行了评估，并与实际的系统实验结果进行对照分析，验证了我们的结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2无线局域网简介

1.3论文的主要贡献和创新

1.4本文组织形式

第二章WLAN网络标准

2.1 WLAN网络标准发展

2.2 IEEE 802.11标准序列

2.2.1 IEEE 802.11b

2.2.2 IEEE 802.11a

2.2.3 IEEE 802.11g

2.2.4 IEEE 802.11n

2.2.5 IEEE802.11e

2.2.6 IEEE802.11i

2.2.7 IEEE 802.11h

2.2.8 IEEE 802.11f

第三章无线局域网概述及其关键技术

3.3无线局域网的特点

3.3.1无线局域网的优点

3.3.2无线局域网的局限性

3.4无线局域网的组成结构

3.5无线局域网的拓扑结构

3.5.1分布对等式拓扑

3.5.2基础结构集中式拓扑

3.5.3 ESS网络拓扑

3.6无线局域网的协议体系

3.6.1 IEEE802.1lx无线局域网协议体系

3.7无线局域网信道特性

3.7.1 WLAN信道及其特性

3.7.2WAIN室内信道特性

3.8无线网络MAC协议

3.8.1多路复用和多址接入

3.8.2 MAC协议

3.8.3面向数据的随机竞争MAC协议

3.8.4 IEEE 802.11x的无线媒体接入协议

第四章无线TCP技术

4.1TCP传输机制

4.1.1拥塞产生的原因

4.1.2拥塞控制机制

4.2传输层TCP协议对无线局域网网络性能的调控

第五章对动态传输速率，DCF，TCP的跨层数据模型分析

5.1 ARF-DCF性能联合分析

5.2TCP-over-DCF性能联合分析

第六章实验内容与新发现

6.1实验系统模型

6.1.1实验系统拓扑结构

6.1.2实验网络的构建

6.2运行于WLAN的TCP性能表现

6.2.1单AP集中式拓扑WLAN性能

6.2.2双AP集中式拓扑WLAN性能

6.2.3限定终端接入速率的集中式拓扑WLAN性能，TCP对动态速率调整的抑制

6.2.4限定AP接入速率的集中式拓扑WLAN性能

6.2.5实验网络上搭建FTP服务，检测基于TCP的WLAN网络性能

第七章运行于WLAN的TCP效用分析

7.1基于TCP的WLAN网络性能参数仿真结果及分析

7.1.1碰撞率随接入终端增多的变化趋势

7.1.2上下行吞吐量随接入终端增多的变化趋势

7.1.3上下行时延随接入终端数目增多的变化趋势

7.1.4上下行丢包数随接入终端数目增多的变化趋势

7.1.5公平性随接入终端数目增多的变化趋势

7.1.6抖动性随接入终端数目增多的变化趋势

7.1.7运行于WLAN的TCP与UDP的效用比较分析

第八章结论

参考文献

致 谢

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