基于IEEE802.11n协议的无线局域网MAC层关键技术研究与实现

论文摘要

无线局域网（WLAN）技术发展迅速,但传输速度慢的缺点始终是阻碍WLAN进一步发展的“瓶颈”。实现更高的传输速率,取得更可靠的性能,需要全面采用下一代无线移动通信的关键技术。2008年3月份,IEEE批准了802.11n协议3.07版本草案。IEEE802.11n协议草案全面改进了802.11标准,在网络系统的媒体访问控制层（MAC）采用聚合帧、BA、PSMP等多项技术,使数据帧结构得到优化,MAC层的性能得到提升,网络吞吐能力得到提高;在物理层引入正交频分复用（OFDM）与多入多出（MIMO）相结合的技术,即MIMO-OFDM技术,使传输速率成倍提高。本论文以IEEE802.11n协议2.0版本草案为基础,鉴于其中MAC层开销过大是制约吞吐量提高的重要因素之一,完成了协议MAC层关键特性在接入设备（AP,AC）,集中式（AC + Fit AP）架构中的设计和实现。主要内容如下:第一,描述了IEEE802.11协议的组成构件、基本服务等,定义了不同的帧结构,讨论了无线局域网的组网模型与网络服务;研究了802.11n协议MAC层的聚合帧、帧结构简化、预约时间、PSMP等多种有效提高网络吞吐量的关键技术;第二,基于实际的网络平台,设计和实现了IEEE802.11n协议中的MAC层的关键技术在无线局域网接入设备中的实现:包括802.11n的信道管理,20/40MHz带宽配置,802.11n的速率和MCS管理,支持802.11n特性,支持802.11a/b/g用户的混合接入,实现A-MSDU和A-MPDU,实现HT Capability和HT Information的收发;第三,通过实际组网,利用网络业务测试软件Chariot进行测试,并对实验结果进行了分析。IEEE802.11n标准全面改进了IEEE802.11标准,不仅涉及物理层标准,同时还采用新技术,提升MAC层性能,优化数据帧结构,提高网络的吞吐量性能。IEEE802.11n可以将WLAN的传输速率由目前IEEE802.11a及IEEE802.11b提供的54Mbps提高到100Mbps以上,甚至高达600Mbps,为下一步全面实现无线局域网高速传输奠定了基础。目前这种方案在产品上已经成功实现,并且得到了商业运用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 技术背景和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容和章节安排
• 2 IEEE802.11 无线局域网概述
• 2.1 IEEE802.11 WLAN 组成结构
• 2.1.1 BSS 和IBSS
• 2.1.2 ESS 网络拓扑结构
• 2.1.3 WLAN 与有线局域网的集成
• 2.1.4 无线局域网的逻辑结构
• 2.1.5 IEEE802.11 无线局域网协议体系
• 2.2 MAC 层主要功能
• 2.2.1 MAC 数据传输
• 2.2.2 建立网络连接
• 2.2.3 提供数据验证和保密
• 2.3 IEEE802.11n WLAN 的MAC 帧
• 2.3.1 通用帧格式
• 2.3.2 数据帧
• 2.3.3 控制帧
• 2.3.4 管理帧
• 2.3.5 帧类型
• 2.4 本章小结
• 3 IEEE802.11n MAC 层关键技术的分析研究
• 3.1 聚合帧
• 3.1.1 A-MSDU 聚合帧
• 3.1.2 A-MPDU 聚合帧
• 3.2 块确认机制（BA）
• 3.2.1 块应答MPDU
• 3.2.2 立即块确认规则（Immediate BA）
• 3.2.3 延迟块确认规则（Delay BA）
• 3.3 TXOP
• 3.3.1 基于TXOP 的NAV
• 3.3.2 Non-HT station TXOP
• 3.4 传输机制
• 3.4.1 逆向传输
• 3.4.2 PSMP
• 3.5 本章小结
• 4 基于IEEE802.11n 协议的MAC 层设计
• 4.1 WLAN MAC 层设计
• 4.1.1 软件体系架构
• 4.1.2 AC 体系结构
• 4.1.3 AP 体系结构
• 4.1.4 AC 上802.11n 特性模块关系
• 4.1.5 AP 上802.11n 特性模块关系
• 4.2 初始化和802.11n 能力协商
• 4.2.1 数据结构定义
• 4.2.2 802.11n 特性协商
• 4.3 本章小结
• 5 IEEE802.11n 协议的MAC 层关键技术实现
• 5.1 802.11n MAC 层实现
• 5.1.1 信道管理
• 5.1.2 调制和编码策略（MCS）
• 5.1.3 20/40MHz 带宽配置
• 5.1.4 Short GI
• 5.1.5 SM Power Save
• 5.1.6 支持发送ADDBA Request 报文
• 5.1.7 支持A-MPDU
• 5.1.8 支持A-MSDU 的接收
• 5.1.9 支持软件分类填写Sequence number
• 5.1.10 支持发送/接收+HTC 报文
• 5.1.11 支持用户混合接入
• 5.2 测试结果
• 5.2.1 测试工具简介
• 5.2.2 测试方案和结果
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录