基于IEEE 802.11协议的无线局域网分布式功率控制研究

论文摘要

本文集中研究了基于IEEE802.11标准的WLAN无线资源管理的功率控制部分。项目针对临时展览这一类大规模无线覆盖接入场景进行研究。这类场景特征呈现为业务流在时间和空间上的不均匀性:如单个业务的突发性;人流带来的业务请求高峰（时间上的重负载）;热点区域的业务流高峰（空间上的重负载）等。这就需要一种时间复杂度低的算法和方案使得无线接入点（AP）能有较好的适应性并能优化网络的整体性能。首先本文介绍了项目背景以及基于IEEE 802.11的WLAN功率管理的目标,内容和现有成果。通过对协议的考查找到在针对的场景和目标中影响性能的因素。然后把功率控制按OSI层分类,其中重点讨论了MAC层上功率控制的内容和优化目标。针对项目场景的特点,以能适应相应情况和提高吞吐量为目的,本文提出了一套完整的分布式功率控制方案。从方案出发详细设计了各个流程的实现并考虑了针对的问题,包括参数、状态集、可能的状态转换、相应的行为和代价等等。通过仿真证明了方案能较好的适应上述不均匀性,也能提高系统整体吞吐量。然后对方案的两个重要参数（信道增益和系统饱和吞吐量）,作了更一般化的考虑。使用现有的建模方法结合一些数学工具如线性预测,得到了更符合现实的多径衰落信道增益预测方法。另外,结合现有对饱和吞吐量的分析,通过定义系统的报酬-代价函数,得到一种使系统最优的节点速率求解方法。由于功率控制有可能使AP覆盖范围外出现覆盖漏洞,本文接着对前面整体方案中的调度模块做了详细的研究,提出了基于单个信源业务模型的功率控制调度方案。利用马尔可夫调制贝努利过程模型,估计覆盖范围外的新业务到达概率,并由此调度AP及时的放大功率捕获覆盖范围外到达的新业务。然后通过仿真证明了调度方案能捕获到绝大部分的覆盖漏洞。最后对所做的工作做了总结并提出下一步工作的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景和研究意义
• 1.2 无线资源管理
• 1.3 本文的工作和内容安排
• 第二章 功率管理概述
• 2.1 IEEE 802.11 系列标准简要回顾
• 2.1.1 影响性能的几个问题
• 2.2 功率管理的策略和方案
• 2.2.1 功率控制准则
• 2.2.2 功率控制方式
• 2.2.3 WLAN 功率控制划分
• 2.3 现有的无线网络功率控制算法
• 2.4 本章 小结
• 第三章 WLAN 的功率控制方案
• 3.1 引言
• 3.2 分布式功率控制方案
• 3.2.1 初始化
• 3.2.2 功率调整
• 3.2.3 饱和处理
• 3.2.4 调度和观测
• 3.3 场景和仿真
• 3.4 本章 小结
• 第四章 功率控制的参数
• 4.1 无线信道的特点
• 4.1.1 大尺度路径衰落
• 4.1.2 慢衰落
• 4.1.3 快衰落
• 4.2 快衰落环境链路增益预测
• 4.2.1 信道相关性的计算
• 4.2.2 采用自回归模型的信道预测
• 4.3 吞吐量模型和信道利用率
• 4.3.1 二维马尔可夫过程建模的吞吐量分析
• 4.3.2 不动点分析
• 4.3.3 多速率优化
• 4.4 本章 小结
• 第五章 功率控制的调度
• 5.1 覆盖漏洞
• 5.2 互联网的通信量
• 5.2.1 互联网通信量的主要特性
• 5.2.2 自相似性和重尾分布
• 5.3 基于业务模型的调度
• 5.3.1 业务模型
• 5.3.2 新业务到达估计和调度
• 5.4 本章 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 英文缩略语表
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录