无线局域网的分组调度算法及MAC协议模型研究

论文摘要

无线网络通信作为新兴的通信技术在日常生活中的作用越来越大。无线局域网是20世纪90年代计算机网络和无线通信技术相结合的产物,它使用无线信道来接入网络,与传统的有线网络相比,无线局域网具有安装便捷、使用灵活、经济节约和易于扩展等优点,为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手段,并成为宽带无线接入的有效途径之一。IEEE 802.11标准是目前应用最为广泛的无线网络标准。本文首先在第一章对无线局域网的发展历史及现状、现有标准及特点等做了简单介绍。第二章对IEEE802.11无线局域网的结构、物理层做了简要说明,对MAC层做了详细的具体分析,其中重点对DCF机制进行分析。由于无线局域网的所有节点共享无线传输信道,将导致节点间数据分组的碰撞。这种由于节点同时发送数据分组导致数据分组的碰撞产生,影响系统的性能。在网络节点数目较少时,数据分组的碰撞较少,但是随着节点数目的增多,网络负载的加重,数据分组的碰撞对系统性能的影响越来越重。针对以上所提到的问题,本文在第四章中,基于单调范围内的网络模型,对高负载的网络系统性能进行了研究。针对在高负载情况下的网络性能严重恶化的情况,我们提出了基于竞争窗口的分组调度算法及其改进算法,该算法很好的提高了网络性能。基于载波检测碰撞避免的分布式接入机制是MAC层的最大特点。关于分布式接入机制的研究,目前已经有了许多的模型,但是考虑的条件不全面,为此,我们提出了新的模型,其更加贴近协议,并且比较了几种分析模型的网络性能。利用提出的新模型,我们研究了在基本访问机制和RTS/CTS访问机制下初始竞争窗口对网络系统性能的影响。前面的模型研究都是基于饱和条件的,在此基础上,我们提出了非饱和条件下的MAC协议马尔可夫模型,研究了吞吐量与网络非饱和程度之间的定量关系。此外,我们还研究了非理想信道情况下的网络性能。通过研究MAC协议模型,我们还提出了一种提高系统性能的简单方法,该方法通过修改退避计数器的恢复机制减少数据分组间的碰撞来改善网络性能。最后一章对全文进行总结,并且指出了对下一步研究的展望。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 无线局域网的发展历史及现状
• 1.2 无线局域网标准
• 1.3 WLAN的特点
• 1.3.1 WLAN的优点
• 1.3.2 WLAN的局限性
• 1.4 本论文意义及结构
• 第二章 IEEE802.11无线局域网
• 2.1 IEEE 802.11标准简介
• 2.1.1 系统体系结构
• 2.1.2 协议体系结构
• 2.1.3 802.11协议族
• 2.2 IEEE 802.11的物理层
• 2.2.1 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）
• 2.2.2 跳频扩频（FHSS）
• 2.2.3 红外传输（IR,Infrared）技术
• 2.2.4 正交频分复用
• 2.3 IEEE 802.11的MAC层
• 2.3.1 MAC层中的DCF机制
• 2.3.2 MAC层中的PCF机制
• 2.3.3 MAC层中的管理功能
• 第三章 无线局域网中的分组调度算法
• 3.1 优先级队列（Priority queuing,PQ）
• 3.2 加权循环调度
• 3.3 加权公平队列（Weighted Fair Queuing,WFQ）
• 3.4 Custom Queuing（CQ）
• 3.5 Deficit Weighted Round Robin（DWRR）
• 3.6 基于竞争窗口的分组调度算法及其改进算法
• 3.6.1 基于竞争窗口的分组调度算法
• 3.6.2 改进的基于竞争窗口的分组调度算法
• 第四章 802.11 MAC协议的分析模型
• 4.1 Bianchi模型
• 4.2 Ergen模型
• 4.3 Haitao Wu模型
• 4.4 提出的新模型
• 4.5 模型下的性能比较
• 4.6 非饱和状态的MAC模型及其吞吐量分析
• 4.6.1 理想信道下的模型
• 4.6.2 非理想信道下的模型
• 4.7 增强802.11 DCF系统性能
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表