802.11e性能分析及MAC参数自适应调节机制研究

802.11e性能分析及MAC参数自适应调节机制研究

论文摘要

在过去10年里,整个世界正在逐渐走向移动化,无线技术正逐渐占领传统的固定式或有线式网络所占有的领域,IEEE 802.11无线局域网已成为当今世界广泛应用的无线网络技术之一。但是,随着具有特定服务质量要求的多媒体应用的广泛流行,现有数据网络必须提供对此类应用的支持。传统的802.11 MAC协议不能很好的支持现代多媒体应用。为此,802.11工作组提出了一种新的标准IEEE 802.11e,其中包含了对QoS的支持。IEEE 802.11e增强分布式信道接入(EDCA)机制通过定义四个具有不同MAC参数的队列(AC)来为不同的业务提供服务区分,从而为不同的业务流提供不同的传送优先级,这些MAC参数包括争用窗口、帧间间隔和传送机会。802.11 DCF在QoS方面有很多局限性,802.11e EDCA相比DCF在QoS方面做了很多增强,对IEEE 802.11e EDCA进行理论建模和仿真分析是研究EDCA性能的两个主要手段。理论和仿真结果均表明IEEE 802.11e EDCA的服务区分机制比原始的802.11极大的增强了网络的QoS性能,EDCA的MAC参数值的选取对协议性能具有明显的影响,但同时又表明802.11e EDCA仍然存在许多不足和QoS局限。这些问题包括802.11e的MAC参数AIFSN、CWmin及TXOP值是固定的,不能根据网络状态做出自适应调整;802.11e标准规定的这些默认值虽然多数情况使协议运行较好,但是不一定在任何网络状况下都能使网络性能达到最优;当网络负载较轻时,过分牺牲了低优先级业务的性能,信道利用率较低;而当网络负载较重时,高优先级业务的性能仍有继续改进的余地。针对发现的问题,本文提出一个动态调整EDCA(DA-EDCA)算法,使EDCA的参数能够根据当前网络拥塞状况做出自适应调整。当网络负载变的很重时,优先考虑满足高优先级业务的QoS需求,当网络负载很小时,兼顾高优先级业务的同时提高低优先级业务的QoS需求,从而提高了系统的整体性能。最后使用NS2进行DA-EDCA和EDCA的性能仿真比较,从仿真结果可以得出在不同的通信负载下DA-EDCA相对EDCA能得到更高的吞吐量、更小的延迟和误码率。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 引言
  • 1.1 研究背景及意义
  • 1.2 研究现状
  • 1.3 论文研究内容及章节安排
  • 第二章 IEEE 802.11e MAC QoS 概述
  • 2.1 IEEE 802.11 MAC 层概述
  • 2.1.1 DCF 概述
  • 2.1.2 PCF 功能
  • 2.1.3 帧间间隔与QoS
  • 2.2 IEEE 802.11e QoS 增强
  • 2.2.1 802.11e 的MAC 帧格式
  • 2.2.2 EDCA 概述
  • 2.2.3 EDCA 对QoS 的增强
  • 2.2.4 HCCA 概述
  • 2.2.5 HCCA 对QoS 的增强
  • 2.2.6 TXOP
  • 2.3 802.11e EDCA 机制中存在的问题
  • 2.4 小结
  • 第三章 802.11e EDCA 理论建模分析
  • 3.1 802.11 DCF 二维马尔科夫链模型分析
  • 3.1.1 站点建模
  • 3.1.2 饱和状态下的吞吐量分析
  • 3.1.3 模型验证和求解分析
  • 3.2 基于EDCA 机制的二维马尔科夫链模型改进
  • 3.2.1 单个站点内的AC 建模
  • 3.2.2 多个站点的建模
  • 3.2.3 系统整体饱和吞吐量分析
  • 3.2.4 单个优先级的饱和吞吐量分析
  • 3.2.5 模型验证和求解分析
  • 3.3 小结
  • 第四章 802.11e EDCA 实验仿真分析
  • 4.1 NS2 仿真简介
  • 4.2 DCF 和EDCA 性能仿真
  • 4.2.1 仿真场景配置
  • 4.2.2 吞吐量分析
  • 4.2.3 分组丢失率分析
  • 4.2.4 端端延迟分析
  • 4.3 EDCA 优先级参数性能仿真
  • 4.3.1 仿真场景配置
  • 4.3.2 争用窗口对EDCA 性能的影响
  • 4.3.3 AIFS 对EDCA 性能的影响
  • 4.3.4 TXOP 对EDCA 性能的影响
  • 4.4 小结
  • 第五章 MAC 参数自适应调节机制的改进
  • 5.1 802.11e MAC 机制研究现状
  • 5.2 802.11e MAC 自适应调节DA-EDCA 算法
  • 5.2.1 问题总结和策略分析
  • 5.2.2 DA-EDCA 算法设计
  • 5.3 DA-EDCA 算法仿真
  • 5.3.1 算法实现
  • 5.3.2 仿真结果
  • 5.4 小结
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 论文工作总结
  • 6.2 对今后工作的展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间的研究成果
  • 相关论文文献

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