基于802.11的退避算法与WMN多信道MAC协议研究

论文摘要

MAC层决定了无线网络中频率资源的利用效率,制约着网络的性能。目前主流WLAN和WMN网络大多基于IEEE 802.11b标准构建,MAC层采用基于载波侦听/冲突避免的DCF机制实现无线信道的访问控制。DCF协议中的BEB算法的缺点是不能准确地反映节点对信道的实时竞争状态,节点调整CW的不合理性使吞吐量性能偏离最优值。DCF不能很好地克服隐藏/暴露终端问题,用在多跳的环境中公平性较差。本文以改善802.11b MAC协议的吞吐量等性能为目标,在不同的网络环境与条件下对DCF协议进行了改进和优化研究。首先通过仿真分析了DCF协议中CW的初始取值对网络吞吐量性能的影响,以及BEB算法的不公平性。在分析了DCF协议性能的基础上,采用一种基于控制帧竞争状态扩散的策略实现对节点周围实时活动节点数量的估计,再根据网络活动节点数量及CW参数与最优网络性能的关系,对节点CW值动态调整,使其接近最优CW区间,以实现提高网络吞吐量性能的目标。然后通过在不同网络结构和负载条件的仿真分析,讨论算法对改善网络性能的效果;在多跳传输环境中,多信道MAC是提高网络吞吐量的有效方式。本文针对多跳传输的WMN,在分析了几种Mesh网络的多信道MAC协议工作原理和特点的基础上,设计了一种基于802.11b的多信道MAC协议。与已有的多信道协议算法不同,这种协议采取超时申请重传的方式减小控制帧的开销,并在成功接入后节点采用双向传输交互数据。仿真验证表明这种多信道媒体接入算法能够提高Mesh网络结构中的吞吐量性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容及结构
• 第2章 802.11b MAC协议工作原理
• 2.1 IEEE 802.11 协议族与802.11b
• 2.2 DCF协议工作原理
• 2.2.1 帧结构与帧间间隔IFS
• 2.2.2 CSMA/CA工作原理
• 2.2.3 二进制指数退避算法
• 2.3 DCF协议在实际应用中的问题分析
• 2.4 CW对网络性能的影响
• 2.5 BEB算法的不公平性分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 MAC协议退避算法分析及改进
• 3.1 DCF协议性能分析
• 3.1.1 DCF的Markov模型
• 3.1.2 饱和吞吐率
• 3.2 吞吐量与活动节点的关系
• 3.3 OPNET Modeler仿真工具介绍
• 3.3.1 OPNET的建模机制
• 3.3.2 OPNET模拟机制
• 3.4 基于控制帧的竞争状态扩散机制
• 3.5 本章小结
• 第4章 无线Mesh网络多信道MAC协议设计
• 4.1 无线Mesh网络结构
• 4.1.1 基础结构/骨干无线Mesh网络
• 4.1.2 客户端无线Mesh网络
• 4.1.3 混合无线Mesh网络
• 4.2 无线Mesh网络多信道MAC协议
• 4.2.1 多信道MAC协议的需求
• 4.2.2 典型的多信道协议
• 4.3 一种基于双收发器的多信道双向MAC协议
• 4.3.1 DTBTM的工作原理
• 4.3.2 基于OPNET的DTBTM协议节点模型
• 4.4 DTBTM协议的仿真分析
• 4.4.1 转发节点附近场景的仿真分析
• 4.4.2 低负荷网络场景的仿真分析
• 4.4.3 高负荷网络场景的仿真分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 缩略语
• 致谢