一种新的WLAN协作通信MAC层协议

论文摘要

协作通信技术是指系统中每个移动终端都有一个或多个协作伙伴,利用无线网络的广播特性,使得到达接收端的信号能够被协作伙伴“旁听”到,协作伙伴将旁听到的信息经过处理后传送到接收端,接收端可以根据一定的准则合并从源节点以及目的节点传来的信号,从而可以降低无线链路的衰落和不稳定性带来的影响,提高网络的可靠性和数据传输速率,扩展网络的覆盖范围。无线网络中协作通信的研究是一个崭新的前沿课题,在无线Ad hoc网络、无线传感器网络、无线局域网等无线网络通信中都具有非常广阔的应用前景。协作通信往往同时涉及物理层、MAC层和网络层,传统的设计理念集中于物理层和网络层,对于MAC层的研究较少,而MAC层负责无线信道的接入和分配等重要工作,因此对其展开深入的研究很有必要。无线局域网采用802.11协议族,802.11支持1M/2M bps的传输速率,而802.11b将传输速率扩展到1M/2M/5.5M/11Mbps四种传输速率,各种速率根据所处信道的状态可以实现动态漂移,在一个低速设备的周围,很有可能存在一些信道状况较好的高速设备,因此通过高速设备协助低速设备来进行信息的传输无疑会提高网络的性能。本文以802.11b MAC层协议为研究目标,研究如何将协作通信的机制引入到无线局域网当中,从而提高网络的性能。首先,本文阐述了协作通信的概念及面临的问题,介绍了几种应用于无线局域网的协作通信MAC层协议。其次,本文针对现有的MAC层协议的不足,提出了一种新的WLAN协作通信MAC层协议,该协议通过增加新的控制帧来协调源节点、目的节点以及中继节点三者之间的关系,协议无需源节点维护中继节点列表,在源节点有数据发送请求时根据即时信道状态来寻找最优中继；源节点根据目的节点的反馈信息来判断是否采用中继,如果链路状态足够好那么直接采用传统的802.11b协议,邻居节点也不参与中继节点的竞争；协议引入了一个竞争时窗来选择中继节点,在没有合适中继的情况下采用直传路径进行传输,避免了控制帧的持续碰撞。本文对新的MAC层协议进行了仿真,以吞吐量及平均服务延迟为性能评价指标,与802.11b以及现有的协作通信MAC层协议进行了对比,仿真结果表明本文提出的协议确实能够带来网络性能的提升。最后,对全文的工作进行了总结,指出了值得进一步探讨的相关问题和研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本文的主要工作及章节安排
• 第二章 无线网络协作通信概述
• 2.1 协作中继技术简介
• 2.1.1 放大转发协作方式
• 2.1.2 译码转发协作方式
• 2.1.3 编码协作方式
• 2.2 协作通信主要研究方向
• 2.2.1 物理层技术
• 2.2.2 MAC层技术
• 2.2.3 跨层技术
• 2.3 本章小结
• 第三章 无线局域网MAC层协作通信
• 3.1 无线局域网简介
• 3.1.1 802.11系列协议
• 3.1.2 802.11b技术特点
• 3.1.3 802.11拓扑结构
• 3.2 802.11 MAC层协议
• 3.2.1 CSMA/CA
• 3.2.2 RTS/CTS
• 3.2.3 协议参数--帧间隔
• 3.3 WLAN协作通信MAC层协议
• 3.3.1 基于中继列表的MAC层协议
• 3.3.2 基于即时信道状态的MAC层协议
• 3.4 本章小结
• 第四章 一种新的WLAN协作通信MAC层协议
• 4.1 问题的提出
• 4.2 HI-MAC中继选择策略
• 4.3 协作方式及帧结构
• 4.4 本章小结
• 第五章 协议仿真和性能分析
• 5.1 仿真场景及参数设置
• 5.2 协议性能分析
• 5.3 性能评价指标
• 5.4 仿真结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参与的工程项目
• 学位论文评阅及答辩情况表