分布式无线局域网的自适应MAC技术研究-通信与信息系统专业论文.docx

电子科技大学博士论文 ? 中文摘要 近年来飞速发展的分布式无线局域网是一种便捷、自由的通信方式，具育 组网灵活、迅速的优点。如何在分布式环境下，使终端高效、公平地共享有限 的信道资源，是分布式无线局域网媒质接入控制 (MAC)协议需要首先解决的 核心问题。在分布式的复杂环境下，常规的 MAC 机制难以保证较好的性能。因 此，研究对网络环境有一定适应能力的自适应 MAC 技术具有重要的意义。本文 基于系统性能分析与优化，对分布式无线局域网的多种自适应 MAC 技术进行了 较深入的研究。 第一章为绪论，首先介绍了无线局域网的特点及相关协议标准，然后介绍 无线局域网 MAC 技术的研究情况，包括技术目标、研究历史、现有协议标准中 的 MAC 机制以及该领域的研究现状，最后分析了分布式无线局域网 MAC 技术 研究的意义与难点。 第二章讨论分布式无线局域网 MAC 协议的吞吐率性能以及优化算法，并以 IEEE 802.11 DCF 为目标进行了深入研究。通过分析混合方式网络的行为，找到 一次成功发送持续的平均时间和一次碰撞持续的平均时间，进而给出了混合方 式网络的饱和吞吐率和 RTS 门限的关系。分析显示，存在一个最佳的 RTS 门限， 使得网络的饱和吞吐率最大。从最小化-次发送过程的平均时间出发，本章给 出了计算最佳 RTS 门限的数值计算方法，并在此基础上，提出了一种优化吞吐 率的 RTS 门限自适应调整算法 (ARTA-OC)。终端可以根据统计数据计算出当 前的最佳 RTS 门限，并做相应调整，从而使得整个网络的饱和吞吐率最大。仿 真结果表明，该算法具有较好的性能。 第三章研究分布式无线局域网的自适应退避机制，提出了带优先级的退避 算法 (PBA)o PBA 的基本思想是让终端在侦昕信道的同时，统计其它终端成功 的数据发送。当终端有数据需要发送时，可根据统计数据和自身的优先级来计 算一个合适的竞争窗口。竞争窗口的计算是基于这样的原则:已发送数据量高 于网络平均水平的终端，选择较大的竞争窗口;反之，选择较小的竞争窗口。 如此操作，终端在选择竞争窗口时有一定的自适应能力，不仅可以减少碰撞的 概率，提高网络的性能，还可以实现信道容量在不同终端间按优先级的比例进 行分配。仿真实验表明. PBA 具有很好的性能。 电子科技大学博士论文 第四章对差错信道下的分段传输机制进行了研究。首先介绍了差错信道 F 进行分段传输的必要性，以及 lliEE 802.11 的分段与重组机制。然后建立数学模 型描述终端在分段传输过程中所经历的状态及状态间的转移，得到了一个数据 包在多次重传后被成功传送的概率，或多次传送失败而被丢弃的概率，以及平 均重传次数。为了更好地评价 个分段传输方案，提出了传输效率的概念，它 综合考虑了传送成功的概率及占用信道的时间。应用传输效率，可以对不同的 分段传输方案进行评估。同时，还分析了数据包长度、最大允许重传次数对分 段传输效率的影响。由于一个数据包的各个分段在传输过程中并非相互独立， 即使在同一个网络中，不同长度的数据包有着不同的最佳分段门限。增大最大 允许重传次数虽然可以显著提高数据传输的可靠性，却并不能提高传输效率。 本章的研究为优化分段传输方案以及设计自适应的分段传输机制提供了理论依 据，具有较高的理论意义和参考价值。 第五章研究了分布式无线局域网中终端发送过程的能量消耗以及相应的优 化方法。以 IEEE 802.1 1 DCF 为基础，建立数学模型以分析基本方式和 RTS/CTS 方式下，终端发送一定长度数据包的能耗。然后分析混合方式下， RTS 门限对 终端发送过程的平均能耗的影响。研究发现，存在 个最佳 RTS 门限，使得终 端发送的平均能耗最小。更有意义的是，最佳 RTS 门限与数据包长的分布无关。 通过进 步的分析，找到最佳 RTS 门限与终端平均重传次数的关系，以此为基 础提出了一种优化能耗的 RTS 门限自适应调整算法 (ARTA-OE) ，使得终端可 以利用网络接口的统计数据一一平均重传次数，计算更新 RTS 门限。仿真结果 表明， ARTA-OE 可以有效地降低终端发送过程的平均能耗。 第六章是全文总结，阐述了论文的主要贡献和创新性。 关键词:分布式无线局域网，媒质接入控制，自适应算法， IEEE 802.1 ]， 传输效率，能量消耗，吞吐率，公平性 11 电子科技大学博士论文 Abstract As a convenient communication method ，distributed wireless LAN (DWLAN) became more and more popular by the virtue of its inherent advantag