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宽带无线网络MAC层接入技术和QoS研究

作　者: 钱飞鹏
导　师: 殷爱菡
学　校: 华东交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线局域网服务质量退避算法吞吐量丢包率
分类号: TN925.93
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着无线局域网(WLAN)的广泛应用,在无线网络中传输实时多媒体业务(如视频、音频等)的需求也越来越大,在无线局域网中提供质量保证服务(QoS)已经成为一项重要的极具挑战性的任务。同有线网络相比,无线网络在性能和服务质量方面还有很大差距,实时业务对于诸如带宽、延迟、延迟抖动等网络服务参数有更加严格的要求,要为实时业务提供可靠的有质量保证的服务,实现介质共享的MAC层协议是一个非常重要的因素。因此,对IEEE 802.11MAC协议的性能分析和改进,以及与MAC有关的服务质量问题的研究具有非常重要的现实意义。本文简要介绍了无线局域网的背景、概念、优势、应用前景和无线局域网的多个标准。详细介绍了IEEE802.11所使用的传输技术、基本网络拓扑、协议体系等,较全面地讨论了当前DCF机制、EDCF机制对QoS的支持。本文的研究工作主要基于IEEE802.11标准,通过对分布式协调功能(DCF)的详细阐述,指出传统的DCF机制只能支持尽力而为的服务,而时延敏感的语音和图像业务要求更好的服务方式,由于无线局域网的高移动性、高误码率以及建立在竞争机制上的媒介接入方式,使得QoS的实现相当困难。本文通过对退避算法的研究,提出了一种自适应慢速递减的退避算法,以退避阶数n值的不同来判决网络的拥塞程度,从而使得各站点能够区分情况采用不同的退避方式,以降低碰撞概率,从而降低了平均延时,增加了吞吐量。同时,为了更好地为实时业务提供QoS保证,本文提出一种带优先级的访问机制,以支持实时业务流,优先级主要由竞争窗口大小和最大重传次数区分。并结合一种公平性的算法,能够为实时业务提供较好的QoS支持,同时使得低优先级业务也能得到很好的服务。本方案涉及了业务流的吞吐量、端到端延时、丢包率,对QoS参数的考虑较全面,参数调节的策略简单有效,容易实现。仿真实验表明,该方案不但能够为实时业务提供高吞吐率和较小的平均延迟,而且也保证了非实时业务能够得到较好的服务。说明了其对于无线局域网QoS性能的提升具有重要的意义。最后,本文对无限局域网中QoS的研究进行了展望。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
符号及缩略语说明  9-11
第一章绪论  11-24
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 无线局域网的概述  12-22
    1.2.1 无线局域网的基本概念  12
    1.2.2 无线局域网的网络结构  12-15
    1.2.3 无线局域网的特点  15-17
    1.2.4 无线局域网的传输方式  17-18
    1.2.5 无线局域网的主要标准  18-22
  1.3 论文主要工作和创新点  22
  1.4 论文的结构安排  22-24
第二章 IEEE802.11 协议 MAC 层分析  24-40
  2.1 QoS 背景知识  24-27
    2.1.1 QoS 的定义及衡量指标  24-25
    2.1.2 QoS 保证机制的实现策略  25-26
    2.1.3 MAC 层的 QoS 实现  26
    2.1.4 WLAN 的 QoS 机制  26-27
  2.2 MAC 层协议体系结构  27
  2.3 分布式协调功能(DCF)  27-35
    2.3.1 载波侦听机制CSMA/CA  27-29
    2.3.2 帧间隔  29
    2.3.3 随机退避时间  29-30
    2.3.4 恢复规程和重传限制  30-31
    2.3.5 信道控制  31-32
    2.3.6 DCF 访问规程  32-35
  2.4 点协调功能(PCF)  35-39
    2.4.1 PCF 协议的基本原理  35-36
    2.4.2 超级帧  36-38
    2.4.3 CFP 阶段的帧传输  38-39
  2.5 IEEE 802.11 协议的 QoS 局限性  39-40
    2.5.1 DCF 在 QoS 支持上局限性  39
    2.5.2 PCF 在 QoS 支持上局限性  39-40
第三章无线局域网MAC 层增强技术研究  40-47
  3.1 MAC 层协议体系  40-41
  3.2 EDCA 协议原理  41-45
  3.3 EDCA 与 DCF 的比较  45
  3.4 HCCA 协议原理  45-47
第四章无线局域网MAC 层QoS 机制改进方案  47-52
  4.1 IEEE802.11DCF 算法的优缺点  47-48
  4.2 改进的退避算法  48-50
  4.3 基于ASDCF 性能增强方案  50-52
第五章仿真结果与分析  52-69
  5.1 系统仿真软件平台(NS2)介绍  52-56
    5.1.1 NS2 的构件库  53-54
    5.1.2 NS2 的分裂对象  54-55
    5.1.3 NS2 中的无线网络  55-56
  5.2 具体仿真过程的实现  56-63
    5.2.1 NS2 网络模拟的步骤  56-58
    5.2.2 生成场景文件  58-59
    5.2.3 编写TCL 仿真文件  59-60
    5.2.4 分析Trace 文件  60-62
    5.2.5 画图分析  62-63
  5.3 仿真验证  63-69
    5.3.1 系统仿真设置  63-64
    5.3.2 吞吐量的仿真结果与分析  64-66
    5.3.3 延时性能的仿真结果与分析  66-67
    5.3.4 丢包率的仿真结果与分析  67-69
第六章全文总结及展望  69-71
  6.1 全文总结  69
  6.2 进一步工作展望  69-71
参考文献  71-74
个人简历在读期间发表的学术论文  74-75
致谢  75

宽带无线网络MAC层接入技术和QoS研究

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