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IEEE 802.11无线局域网MAC层性能及服务质量研究

汪广洪

  近几年,IEEE 802.11无线网络得到了迅速的发展,并已经被广泛地应用在人们的工作和生活中。随着Internet上的实时多媒体业务(如视频、音频等)越来越多,在无线网络中传输这些业务的需求也越来越大,这也就对无线网络的性能和服务质量提出了更高的要求。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,这除了其物理传输介质的固有特点之外,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 802.11 MAC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。本文分析了IEEE 802.11 MAC层的延迟性能。首先根据DCF的指数退避机制,提出了一个包含退避冻结状态的二维Markov分析模型,推导出了饱和负载条件下DCF的平均介质访问延迟。然后用M/D/1排队模型对每个节点的MAC层队列建模,分析了MAC层队列的平均排队延迟。通过大量的仿真实验证实,模型分析结果与仿真实验结果都非常接近。根据对DCF介质访问延迟的分析,本文提出了一种改进DCF延迟性能的方法。在改进的DCF中,网络中每个节点通过监听其它节点的发送情况,实时地估计网络中的活动节点数。当每个节点竞争信道时,就可以根据当前网络中的活动节点数,动态地设置初始竞争窗口。仿真实验结果表明,本文的实时估计方法能够非常准确地估计出网络中的活动节点数,改进的DCF在介质访问延迟性能上比标准DCF有很明显的改善。同时,改进DCF的吞吐率也得到显著提高。本文应用跨层设计的思想,提出了一种结合网络层和MAC层的跨层带宽预留保证机制——邻居预留(NR,Neighborhood Reservation),以减轻在ad hoc网络中,由于邻居节点在MAC层的信道竞争,对带宽预留产生的影响。在该机制中,一个节点进行带宽预留时,向所有邻居节点发送通知,收到通知的每个邻居节点通过控制MAC层对best effort业务包的发送速率,减少邻居节点的信道竞争,从而使预留节点的带宽预留得到保证。本文在带内信令系统INSIGNIA基础上,结合邻居预留机制,提出了邻居预留带内信令系统NR-INSIGNIA。仿真结果显示,同INSIGNIA相比较,NR-INSIGNIA提高了QoS业务的预留分组比率和投递率,降低了端到端延迟,有效的保证了QoS业务的服务质量。因此,NR-INSIGNIA是一种适合无线ad hoc网络,能够提供有保证带宽预留的带内信令系统。……   
[关键词]:IEEE 802.11;无线网络;分布式协调功能;ad hoc网络;服务质量;带宽预留;带内信令
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:天津大学2004年
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