基于IEEE802.11MAC层协议的研究与实现

基于IEEE802.11MAC层协议的研究与实现

论文摘要

无线局域网技术作为一门新兴的技术和产业正在显著地改变着人们的工作和生活。对无线局域网技术的研究具有很好的现实意义。IEEE802.11标准是当前无线局域网技术中的一个研究的热点。普遍认为,它提出的MAC协议解决了学术界一直以来都感到头疼的“隐含终端”的问题,从这个意义上来说,它要优于其他类型的无线局域网标准。本文的研究工作从IEEE802.11标准的基本概念和基本理论展开,将主要的精力放在对MAC层协议的研究与实现上。论文首先对MAC协议的基于二进制指数退避策略的载波侦听多址访问/碰撞回避机制(CSMA/CA)进行了详细的阐述,在此基础上引入了数学模型对其进行了理论上的性能分析。分析的结果表明,在竞争站点增加的情况下,系统的性能将出现下降的趋势,特别是在参与竞争的站点数量规模大的时候,性能恶化的程度尤其明显。这种情况与实际应用中遇到的情况相吻合。基于上述原因,为了尽量提高系统的性能指标,降低竞争站点的碰撞概率,本文在分析数学模型的基础上,提出一种对部分站点采取延缓其重置进程的方法,而使随机退避数的选择在退避窗口规定的区间上变得更为均匀。研究结果表明,这种方法能在一定程度上提高系统的吞吐量,特别是在竞争站点数量众多的情况下,提高的程度更为明显。本文还对MAC协议实现了从SDL流程框图到C语言的转化。主要考虑的是针对普通竞争站点的情况,将MAC协议分为7个大模块进行了具体的软件编码的编写与调试工作。本文选取了μC/OS -II嵌入式实时操作系统作为模块的工作平台,该操作系统具备短小精炼等优点,适合用于MAC协议的模块功能的实现和移植。在此基础上,最终完成了整个IEEE802.11MAC层协议模块的代码化,并在微机的环境下,实现了主要模块之间的消息信号的调度交互以及调试工作。本文的研究工作为下一步软件代码的移植创造了有利条件。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 课题研究的目的及意义
  • 1.2 无线局域网的发展及国内外研究现状
  • 1.3 本论文的研究工作
  • 2 IEEE802.11 无线局域网协议
  • 2.1 IEEE802.11 无线局域网的特点
  • 2.2 IEEE802.11 的网络拓扑结构
  • 2.2.1 独立基本服务集
  • 2.2.2 扩展服务集
  • 2.3 IEEE802.11 的逻辑服务
  • 2.3.1 站点服务(SS)
  • 2.3.2 分发系统服务(DSS)
  • 3 IEEE802.11MAC 层概述
  • 3.1 IEEE802.11 的体系结构
  • 3.2 MAC 层服务
  • 3.2.1 异步数据服务
  • 3.2.2 安全服务
  • 3.2.3 MSDU 的排序
  • 3.3 MAC 的帧
  • 3.3.1 MAC 的帧格式
  • 3.3.2 帧格式的类别
  • 3.4 MAC 层管理
  • 3.4.1 媒介访问控制子层管理实体服务访问点(MLME SAP)接口
  • 3.4.2 物理层管理实体服务访问点(PLME SAP)接口
  • 4 CSMA/CA 的性能分析
  • 4.1 载波侦听多址访问/碰撞回避(CSMA/CA)机制
  • 4.1.1 CSMA/CA 机制的一般描述
  • 4.1.2 CSMA/CA 和CSMA/CD 的比较
  • 4.2 MAC 子层的两种访问机制
  • 4.2.1 分布式协调功能(DCF)
  • 4.2.2 集中协调功能(PCF)
  • 4.3 DCF 模式下基本访问方式的性能分析及研究
  • 4.3.1 二进制指数退避算法的马尔可夫链模型
  • 4.3.2 Markov 模型下基本接入方式的仿真模拟
  • 4.3.3 Markov 模型性能优化
  • 4.4 结论
  • 5 基于IEEE802.11 的MAC 协议的设计
  • 5.1 实现协议的意义
  • 5.2 MAC 协议模块的原理、架构及通信过程
  • DataService 模块'>5.2.1 MACDataService 模块
  • ManagementService 模块'>5.2.2 MACManagementService 模块
  • STA 模块'>5.2.3 MLMESTA 模块
  • GenerationSTA 模块'>5.2.4 MPDUGenerationSTA 模块
  • ControlSTA 模块'>5.2.5 ProtocolControlSTA 模块
  • 5.2.6 Transmission 模块
  • 5.2.7 Reception 模块
  • 5.3 基于μC/OS- II 的软件开发
  • 5.3.1 关于μC/OS- II
  • 5.3.2 软件设计的思想
  • 5.3.3 软件的代码实现
  • 5.3.4 代码的工作机制及调试
  • 5.4 关于下一步的工作
  • 6 总结与展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
  • 相关论文文献

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