基于ieee802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)mac層的性能分析及優(yōu)化

1、 密 級(jí) 桂林電子科技大學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 題目 基于 IEEE802.11 無(wú)線網(wǎng)絡(luò) MAC 層的性能分析及優(yōu)化 （英文 英文） Performance Analysis and Improvement of MAC in IEEE802.11 Wireless Networks 研 究 生 學(xué) 號(hào): 112021208

2、 研 究 生 姓 名: 何 燕 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師姓名、職務(wù) 職務(wù): 張紅梅 教授 申 請(qǐng) 學(xué) 位 門 類: 工學(xué)碩士 學(xué)科 學(xué)科、專 業(yè) 名 稱: 信號(hào)與信息處理 提 交 論 文 日 期: 20

3、14 年 4 月 論 文 答 辯 日 期: 2014 年 6 月 摘 要 I 摘 要 IEEE802.11MAC 層的分布式協(xié)調(diào)功能（DCF）是 WLAN 中每個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)最基本的信道接入方式，它主要采用基于 BEB（二進(jìn)制指數(shù)退避）的 CSMA/CA 機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道的共享。由于 BEB 中的初始競(jìng)爭(zhēng)窗口取決于物理層的特性，不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的變化來(lái)調(diào)整最佳的競(jìng)爭(zhēng)窗口

4、值，這降低了無(wú)線局域網(wǎng)MAC 層的性能。因此，本文從 DCF 競(jìng)爭(zhēng)窗口的優(yōu)化角度出發(fā)，提出了一個(gè)新的DCF 協(xié)議（TOCW-DCF 協(xié)議）來(lái)對(duì) MAC 層的性能進(jìn)行優(yōu)化。具體工作有： 首先，深入研究和分析了 IEEE802.11DCF 協(xié)議和具有常數(shù)競(jìng)爭(zhēng)窗口的 DCF 協(xié)議，在此基礎(chǔ)上，從 DCF 競(jìng)爭(zhēng)窗口的優(yōu)化角度出發(fā)，提出了一個(gè)具有最佳常數(shù)競(jìng)爭(zhēng)窗口的兩級(jí)退避機(jī)制的 DCF 協(xié)議（TOCW-DCF：Two-stage backoff

5、scheme with Optimal Constant contention Window of DCF）來(lái)優(yōu)化 MAC 層的性能。TOCW-DCF協(xié)議不僅能保證節(jié)點(diǎn)始終以最大吞吐量對(duì)應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)窗口值（最佳競(jìng)爭(zhēng)窗口）去競(jìng)爭(zhēng)信道，而且還能給節(jié)點(diǎn)中不同傳輸狀態(tài)的數(shù)據(jù)提供兩種不同的退避方式：快速退避和正常退避，并減小信道接入延時(shí)。 其次，為了驗(yàn)證 TOCW-DCF 協(xié)議的性能，根據(jù) TOCW-DCF 協(xié)議的退避機(jī)制，建立了一個(gè)二維的 Mark

6、ov 數(shù)學(xué)模型用于對(duì) TOCW-DCF 協(xié)議的分析。 該模型除了具有凍結(jié)狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)忙閑概率外，還引入了一個(gè)表示協(xié)議的退避判斷行為的狀態(tài)：退避判斷狀態(tài)（-1,0）以及一個(gè)反映網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸情況的概率：沖突概率 Pc，使得該模型更準(zhǔn)確地反映協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)行為。 接著， 運(yùn)用建立的二維 Markov 數(shù)學(xué)模型對(duì) TOCW-DCF 協(xié)議在不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)下采用“基本接入”和“RTS/CTS 接入”兩種模式的系統(tǒng)歸一化吞吐量、信道平均接入延時(shí)及最佳競(jìng)

7、爭(zhēng)窗口進(jìn)行了全面和詳細(xì)的理論分析和 Matlab 數(shù)值仿真分析， 并給出 TOCW-DCF 協(xié)議的最佳競(jìng)爭(zhēng)窗口值的計(jì)算方法。分析結(jié)果表明，TOCW-DCF 協(xié)議不僅能為不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)確定最佳競(jìng)爭(zhēng)窗口，實(shí)現(xiàn)了競(jìng)爭(zhēng)窗口優(yōu)化的目的，保證了較好的吞吐量和信道接入延時(shí)。 最后， 通過(guò) OPNET 網(wǎng)絡(luò)仿真工具對(duì) TOCW-DCF 協(xié)議的吞吐量、 信道接入延時(shí)及公平性進(jìn)行了仿真和分析，TOCW-DCF 協(xié)議的 OPNET 仿真結(jié)果與 Markov 數(shù)