IEEE 802.11无线网络DCF协议改进及性能分析

论文摘要

近几年,IEEE 802.11无线网络得到了迅速的发展,并已经被广泛地应用在人们的工作和生活中。同有线网络相比,无线网络的性能还有很大差距,这除了其物理传输介质的固有特点之外,MAC层协议是一个非常重要的因素。因此,对IEEE 802.11 MAC层协议的性能分析和改进具有非常重要的研究意义和应用价值。在带有接入点的无线局域网中,所有无线节点只能和接入点直接通信,每个数据帧都需要接入点进行转发,而且接入点的MAC层协议也是标准的DCF协议,这样在竞争信道时,接入点和其它无线节点具有相同的优先级,从而导致接入点成为无线局域网中的瓶颈,严重影响了无线局域网的性能。本文对该问题进行深入分析,并提出了两种改进策略:快速直接转发方案和提高接入点优先级方案。理论分析和仿真结果证明这两种方案都可以有效地解决无线局域网中接入点瓶颈问题,提高无线局域网的整体性能。基于IEEE 802.11b的无线网络支持多传输速率,无线节点可以根据环境动态的调整自己的传输速率来获得较高传输性能。本文分析了这种多速率特性对无线局域网性能的影响,在MAC层提出一种基于信道占用时间的公平调度算法,每个节点通过调整数据帧大小、每次发送的数据帧的数量或自身竞争信道的次数,来保证无线局域网在多速率情况下信道占用时间的公平性,同时也提高了无线局域网的系统吞吐率。本文在原有工作的基础上利用二维Markov模型进一步对DCF的平均介质访问延迟进行了研究。在此基础上,分析了RTS阈值和初始竞争窗口这两个参数对网络性能的影响,并针对无线局域网的特点提出了这两个参数的自适应算法,提高了无线局域网的性能。大量的小数据帧传输会严重的影响无线网络的性能,为了解决该问题,本文用小的数据帧来代替无线网络中的控制帧(如:CTS控制帧),这样既减少了无线网络中小数据帧的单独发送,也减少了MAC层控制帧的发送,从而能够充分利用无线信道,提高无线网络的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线网络概述
• 1.2 IEEE 802.11 无线网络MAC层协议
• 1.3 IEEE 802.11 无线网络DCF协议性能分析及改进
• 1.4 选题动机
• 1.5 论文主要贡献
• 1.6 论文结构
• 第二章 接入点对IEEE 802.11 无线局域网性能的影响
• 2.1 DCF协议简介
• 2.2 无线局域网中接入点瓶颈问题
• 2.3 相关研究
• 2.4 解决方案
• 2.4.1 快速直接转发方案
• 2.4.2 提高接入点优先级方案
• 2.5 性能评价
• 2.5.1 快速直接转发方案的性能
• 2.5.2 提高接入点优先级方案的性能
• 2.5.3 两种解决方案优缺点比较
• 2.6 小结
• 第三章 IEEE 802.11 无线网络中自适应多速率的性能改进
• 3.1 多速率支持带来的问题
• 3.2 相关研究
• 3.3 多速率下自适应调度算法
• 3.4 性能评价
• 3.4.1 数据包大小可调整的情况
• 3.4.2 数据包大小不可调整的情况
• 3.5 小结
• 第四章 IEEE 802.11 MAC层延迟分析及参数调整
• 4.1 相关研究
• 4.2 介质访问延迟分析
• 4.3 DCF协议参数调整
• 4.3.1 无线局域网中活动节点数的估计算法
• 4.3.2 RTS阈值
• 4.3.3 初始竞争窗口
• 4.4 分析模型验证
• 4.5 性能评价
• 4.5.1 无线局域网中活动节点数的估计算法
• 4.5.2 RTS阈值
• 4.5.3 初始竞争窗口
• 4.6 小结
• 第五章 无线网络内小数据包传输的改进
• 5.1 问题描述
• 5.2 DCF协议的改进算法
• 5.3 性能评价
• 5.3.1 性能分析
• 5.3.2 仿真结果
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢