IEEE 802.11 MAC层协议性能分析与优化

论文摘要

由于IEEE 802.11无线局域网具有便捷、灵活、成本低和易于扩展等优点,近些年已经被广泛应用于各种场合。与传统的有线网络相比,无线网络的性能还有很大差距。除了无线传输媒介的固有原因之外,MAC层协议也是造成性能瓶颈的重要因素。因此,为了进一步提升IEEE 802.11无线局域网的性能,研究和改进IEEE 802.11 MAC层协议具有非常重要的意义。随着IEEE 802.11标准的广泛应用,学术界已提出了多种分析分布式协调功能（DCF）的数学模型。通过仔细研究标准中的退避计数器递减规则,我们发现成功发送之后的第一个时隙仅能被刚成功发送的那个站点接入。因此,连续信道时隙之间的无关性和统计同质性假设通常并不成立。论文提出了一个新的DCF分析模型,该模型考虑了连续信道时隙之间的关联性,同时保留了典型分析模型的简单性。进一步,论文又提出了一个新的虚拟退避算法（VBA）,该算法使用序列技术实现高效的媒介接入控制。VBA算法使用公平分配机制接入信道,在每个站点引入一个计数器,用于保持站点的发送秩序。VBA算法最大限度地减少了碰撞的概率,同时减少了分组的MAC时延。最后,论文使用NS-2网络仿真器进行实验仿真。仿真结果表明,根据论文提出的新的DCF分析模型得出的网络性能指标比典型分析模型具有更高的准确度,VBA退避算法比标准的IEEE 802.11 DCF具有更好的网络性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语表
• 第一章 绪论
• 1.1 无线局域网标准的发展历史
• 1.2 无线局域网的特点
• 1.2.1 无线局域网的优点
• 1.2.2 无线局域网的局限性
• 1.3 无线局域网的标准
• 1.3.1 IEEE 802.11X
• 1.3.2 HiperLAN协议体系
• 1.3.3 HomeRF
• 1.3.4 蓝牙
• 1.4 IEEE 802.11 网络拓扑结构
• 1.4.1 独立的基本服务集（IBSS）
• 1.4.2 基础设施基本服务集（Infrastructure BSS）
• 1.4.3 扩展服务集（ESS）
• 1.5 本文研究意义及主要内容
• 第二章 IEEE 802.11 MAC层功能描述
• 2.1 MAC体系结构
• 2.2 分布式协调功能（DCF）
• 2.2.1 载波侦听机制
• 2.2.2 帧间间隔
• 2.2.3 随机退避时间
• 2.2.4 DCF访问规程
• 2.3 点协调功能（PCF）
• 2.4 MAC帧格式
• 2.4.1 通用帧格式
• 2.4.2 帧控制域
• 2.4.3 持续时间/ID域
• 2.4.4 地址域
• 2.4.5 顺序域
• 2.4.6 帧实体
• 2.4.7 FCS域
• 2.5 本章小结
• 第三章 IEEE 802.11 MAC层协议数学分析模型
• 3.1 以马尔科夫链为基础的典型模型
• 3.1.1 分组发送概率
• 3.1.2 系统吞吐量
• 3.2 异常时隙
• 3.3 改进的数学模型
• 3.3.1 模型时间尺度
• 3.3.2 改进的二维马尔科夫链
• 3.3.3 性能分析
• 3.3.4 与已有模型的比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 IEEE 802.11 MAC层退避算法
• 4.1 已有的退避改进算法
• 4.1.1 改进竞争窗口更新规则
• 4.1.2 估计信道负荷程度
• 4.2 改进的虚拟退避算法
• 4.2.1 算法的基本思想
• 4.2.2 算法的性能分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 仿真与分析
• 5.1 NS-2 网络仿真器简介
• 5.2 仿真场景与仿真参数
• 5.3 仿真结果与分析
• 5.3.1 MAC层改进分析模型有效性仿真
• 5.3.2 VBA退避算法性能仿真
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果