基于802.11无线AP的MAC层DCF机制的性能研究与优化

论文摘要

近年来无线局域网技术发展十分迅速,各种无线局域网设备开始深入人们生活,其带来的经济效益非常巨大。无线AP作为无线局域网的核心设备,它直接影响整个无线局域网性能,因此对其进行研究具有重要意义。在无线局域网中,无线AP与无线站点间的通信采用IEEE802.11协议,协议中MAC层DCF机制决定了网络传输性能。本文分析DCF协议机制并建立其数学建模,在此基础上对协议的系统吞吐率和介质访问延迟进行数学分析,推导出得到网络最优性能的公式。分析出协议缺陷后明确改进方向,对影响DCF性能的关键因素进行仿真分析。本文提出了一种AP动态优化DCF初始竞争窗口的算法,算法增加AP预判功能,使之能够估算出网络中的活跃节点数,从而动态调整初始竞争窗口,达到优化网络性能的目的。对优化前与优化后的网络进行了仿真对比,并对仿真结果进行分析。本文为深入研究无线AP性能验证AP优化后的效果,研制了一个无线AP实验平台。在对相关协议深入分析的基础上,通过对目前几种无线AP实现方案的优缺点比较,确定了基于ARM9处理器的硬件平台结合嵌入式Linux操作系统的方案。此方案通过高性能的ARM9处理器运行AP功能软件,可灵活配置参数和修改程序,方便研究AP性能。论文完成了嵌入式平台操作系统构建、Linux下无线网卡驱动设计研究并在此基础上完成AP功能的设计与研究。最后在本文研制的无线AP实验平台上对提出的优化方案进行实验以论证设计和优化方案的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 无线局域网技术国内外研究现状
• 1.2.2 MAC 层协议性能研究现状
• 1.3 本论文的主要工作和内容安排
• 第2章 AP 中MAC 层协议DCF 性能研究
• 2.1 AP 功能与应用总论
• 2.2 802.11MAC 层DCF 原理研究分析
• 2.2.1 CSMA/CA 原理
• 2.2.2 DCF 的随机退避机制
• 2.2.3 DCF 机制的两种介质访问机制
• 2.3 DCF 数学建模及分析
• 2.4 吞吐率与延迟性能分析
• 2.4.1 传输持续时间分析
• 2.4.2 系统吞吐率分析
• 2.4.3 介质访问延迟分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于AP 的DCF 机制性能优化研究
• 3.1 DCF 缺陷分析与改进方向
• 3.1.1 缺陷分析
• 3.1.2 改进方向
• 3.2 影响DCF 性能关键参数仿真分析
• 3.2.1 初始竞争窗口
• 3.2.2 节点数
• 3.2.3 介质访问方式
• 3.3 无线AP 的MAC 退避机制性能优化方案
• 3.3.1 目前协议优化方案在AP 应用中的不足
• 3.3.2 优化方案设计思想
• 3.4 AP 对活跃节点数目的实时统计算法
• 3.4.1 算法思想
• 3.4.2 算法性能评价
• 3.4.3 算法设计
• 3.5 AP 动态优化CW 算法
• 3.6 优化方案仿真验证
• 3.7 本章小结
• 第4章 AP 实验平台研制与DCF 优化方案验证
• 4.1 无线AP 性能研究实验平台设计方案
• 4.1.1 目前AP 实现方案的优缺点比较与方案确定
• 4.1.2 无线AP 性能研究实验平台总体方案
• 4.2 无线AP 功能设计与实现
• 4.2.1 嵌入式操作系统平台构建研究
• 4.2.2 Linux 网络设备驱动研究与实现
• 4.2.3 AP 关键功能模块研究与实现
• 4.3 优化后的处理流程
• 4.4 优化方案实验验证
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢