IEEE 802.11无线局域网MAC协议研究与性能改进

论文摘要

由于无线局域网具有便捷、灵活、成本低和易于扩展等多个优点,近来已经被广泛应用于各种场合,网络的性能分析与优化也变得越来越重要。无线局域网IEEE802.11介质访问控制(MAC)协议的作用是提供有效的调度机制来分配有限的无线信道资源,提供了一种基于竞争的二进制退避机制来接入信道。MAC协议在介质接入有限的无线信道高效性方面起着至关重要的作用。影响IEEE802.11标准MAC协议性能的主要因素有两点:1)当前网络的拥塞情况;2)在节点竞争期由于冲突而造成的大量时间浪费。近年来,针对原有的IEEE 802.11系列MAC标准的研究,产生了大量的成果,它们主要集中在协议中各种参数对于协议性能的影响上。本文分别从理论分析和实验仿真两方面,对原有协议的接入模式和改进协议的接入模式进行了研究。通过对802.11DCF协议基本接入方式和RTS/CTS接入方式的研究,在最佳化网路吞吐量及减小网络平均传输延迟的基础上,提出了一种粒子滤波算法来对无线网络中竞争节点数目进行估计,并由理论分析得到该竞争节点数目与最佳RTS门限的关系,求出最佳RTS门限。然后,设计一种自适应接入方式,使得节点在发送数据前,能够自动调整其RTS门限到最佳值,从而优化网络吞吐量,减少网络传输平均时延。仿真验证了该节点数目估计算法及自适应RTS门限接入方式的有效性。另外,本文还介绍了被广泛使用的仿真工具NS2及其仿真方法。最后,对IEEE802.11中DCF的研究及无线局域网的应用前景进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线局域网概述
• 1.2 IEEE802.11 无线局域网MAC 协议
• 1.3 选题意义及研究现状
• 1.4 论文主要贡献
• 1.5 论文结构
• 第二章 IEEE 802.11 DCF 协议及性能分析
• 2.1 MAC 协议的性能指标
• 2.1.1 吞吐量（S）
• 2.1.2 总业务量（G）
• 2.1.3 帧平均传输时延（D）
• 2.1.4 饱和吞吐量
• 2.2 IEEE 802.11 DCF 协议
• 2.2.1 DCF 协议中的载波检测机制
• 2.2.2 帧间间距（IFS）
• 2.2.3 载波检测多点接入（CSMA/CA）机制
• 2.3 DCF 协议性能分析
• 2.3.1 模型描述
• 2.3.2 模型分析
• 2.3.3 提高协议吞吐量的途径
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于竞争节点数目估计的DCF 协议改进
• 3.1 竞争节点数目的估计
• 3.1.1 系统模型
• 3.1.2 粒子滤波与数目估计
• 3.2 自适应RTS 门限调整算法
• 3.2.1 两种接入方式比较
• 3.2.2 自适应RTS 门限调整
• 3.2.3 改进后的DCF 平均延迟分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 改进协议的仿真实现与分析
• 4.1 网络仿真
• 4.1.1 网络仿真的需求
• 4.1.2 NS2 网络仿真软件介绍
• 4.1.3 使用NS2 进行网络仿真的方法和一般过程
• 4.1.4 NS2 中DCF 代码分析
• 4.2 改进协议的具体实现
• 4.3 改进协议的仿真与分析
• 4.3.1 竞争节点数目估计验证
• 4.3.2 自适应RTS 门限
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文