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IEEE 802.11无线局域网MAC协议研究与性能改进

作　者: 兰英龙
导　师: 许宗泽
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线局域网 DCF NS2 粒子滤波 RTS门限
分类号: TN925.93
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 97次
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内容摘要

由于无线局域网具有便捷、灵活、成本低和易于扩展等多个优点,近来已经被广泛应用于各种场合,网络的性能分析与优化也变得越来越重要。无线局域网IEEE802.11介质访问控制(MAC)协议的作用是提供有效的调度机制来分配有限的无线信道资源,提供了一种基于竞争的二进制退避机制来接入信道。MAC协议在介质接入有限的无线信道高效性方面起着至关重要的作用。影响IEEE802.11标准MAC协议性能的主要因素有两点:1)当前网络的拥塞情况;2)在节点竞争期由于冲突而造成的大量时间浪费。近年来,针对原有的IEEE 802.11系列MAC标准的研究,产生了大量的成果,它们主要集中在协议中各种参数对于协议性能的影响上。本文分别从理论分析和实验仿真两方面,对原有协议的接入模式和改进协议的接入模式进行了研究。通过对802.11DCF协议基本接入方式和RTS/CTS接入方式的研究,在最佳化网路吞吐量及减小网络平均传输延迟的基础上,提出了一种粒子滤波算法来对无线网络中竞争节点数目进行估计,并由理论分析得到该竞争节点数目与最佳RTS门限的关系,求出最佳RTS门限。然后,设计一种自适应接入方式,使得节点在发送数据前,能够自动调整其RTS门限到最佳值,从而优化网络吞吐量,减少网络传输平均时延。仿真验证了该节点数目估计算法及自适应RTS门限接入方式的有效性。另外,本文还介绍了被广泛使用的仿真工具NS2及其仿真方法。最后,对IEEE802.11中DCF的研究及无线局域网的应用前景进行了展望。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 无线局域网概述  10-12
  1.2 IEEE802.11 无线局域网MAC 协议  12-13
  1.3 选题意义及研究现状  13-14
  1.4 论文主要贡献  14-16
  1.5 论文结构  16-17
第二章 IEEE 802.11 DCF 协议及性能分析  17-29
  2.1 MAC 协议的性能指标  17-18
    2.1.1 吞吐量(S)  17
    2.1.2 总业务量(G)  17-18
    2.1.3 帧平均传输时延(D)  18
    2.1.4 饱和吞吐量  18
  2.2 IEEE 802.11 DCF 协议  18-22
    2.2.1 DCF 协议中的载波检测机制  19
    2.2.2 帧间间距(IFS)  19-20
    2.2.3 载波检测多点接入(CSMA/CA)机制  20-22
  2.3 DCF 协议性能分析  22-28
    2.3.1 模型描述  23-26
    2.3.2 模型分析  26-28
    2.3.3 提高协议吞吐量的途径  28
  2.4 本章小结  28-29
第三章基于竞争节点数目估计的DCF 协议改进  29-42
  3.1 竞争节点数目的估计  29-36
    3.1.1 系统模型  29-31
    3.1.2 粒子滤波与数目估计  31-36
  3.2 自适应RTS 门限调整算法  36-41
    3.2.1 两种接入方式比较  36-38
    3.2.2 自适应RTS 门限调整  38-40
    3.2.3 改进后的DCF 平均延迟分析  40-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章改进协议的仿真实现与分析  42-59
  4.1 网络仿真  42-51
    4.1.1 网络仿真的需求  42-43
    4.1.2 NS2 网络仿真软件介绍  43-45
    4.1.3 使用NS2 进行网络仿真的方法和一般过程  45
    4.1.4 NS2 中DCF 代码分析  45-51
  4.2 改进协议的具体实现  51-53
  4.3 改进协议的仿真与分析  53-58
    4.3.1 竞争节点数目估计验证  54-56
    4.3.2 自适应RTS 门限  56-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章总结与展望  59-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
在学期间的研究成果及发表的学术论文  66

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