本文選題：無線局域網(wǎng) + 全雙工　； 參考：《重慶大學》2016年碩士論文

【摘要】：全雙工通信技術可以提高鏈路容量和頻譜利用率,是5G和未來無線通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。單信道全雙工通信是指收發(fā)機可以在一個頻帶內同時接收和發(fā)送信息。隨著針對全雙工系統(tǒng)的自干擾消除(SIC)技術的不斷發(fā)展,全雙工通信終將得以實現(xiàn)。全雙工技術會給現(xiàn)有無線局域網(wǎng)(WLAN)帶來極大的變革,傳統(tǒng)的半雙工MAC協(xié)議已無法適應全雙工WLAN,因此為了進一步提高WLAN的網(wǎng)絡容量和頻譜效率,需要研究全雙工MAC協(xié)議。論文圍繞單信道全雙工MAC協(xié)議展開,在分析IEEE802.11標準MAC層分布式協(xié)調功能(DCF)和點協(xié)調功能(PCF)基礎上,研究了單信道全雙工DCF(FD-DCF)協(xié)議、全雙工CSMA(FD-CSMA)協(xié)議和全雙工PCF(FD-PCF)協(xié)議。具體內容和創(chuàng)新點如下:一、針對傳統(tǒng)半雙工DCF(HD-DCF)不適用于全雙工WLAN的問題,提出一種單信道全雙工DCF(FD-DCF)協(xié)議。該協(xié)議結合不同的網(wǎng)絡場景和站點的全雙工能力,對RTS/CTS幀進行合理填充,提出了四種工作模式,分別是同步全雙工模式、異步全雙工模式、條件半雙工模式以及半雙工模式,分析了FD-DCF在四種不同工作模式下的鏈路建立流程;結合改進馬爾科夫(Markov)模型,推導了FD-DCF協(xié)議的碰撞概率、歸一化飽和吞吐量、介質訪問時延等指標。仿真結果顯示,FD-DCF的性能比傳統(tǒng)DCF的性能具有較大幅度的提升,特別在幀長較長、站點數(shù)較少、數(shù)據(jù)傳輸速率較低時,FD-DCF的吞吐量與介質訪問時延的提升效果更加明顯;與經(jīng)典的全雙工協(xié)議“ContraFlow”相比,所提協(xié)議通過犧牲極少的吞吐量和時延性能,以滿足全雙工網(wǎng)絡、半雙工網(wǎng)絡以及混合雙工網(wǎng)絡的通信需求。二、針對傳統(tǒng)CSMA機制對碰撞的感知遲緩問題,同時考慮物理層載波偵聽不理想的情況,提出一種全雙工CSMA(FD-CSMA)協(xié)議。該協(xié)議利用全雙工技術進行不間斷的載波偵聽,當碰撞發(fā)生時立即停止發(fā)送數(shù)據(jù),以此縮短對碰撞的感知時間。分析了FD-CSMA協(xié)議在干擾環(huán)境下的載波偵聽和碰撞避免機制,以及在物理層載波偵聽存在虛警和漏檢情況下的幀傳輸流程。結合改進Markov模型,研究了FD-CSMA協(xié)議的歸一化飽和吞吐量和介質訪問時延等性能。仿真結果顯示,FD-CSMA的性能比傳統(tǒng)CSMA有明顯的提升,特別在站點數(shù)較多和幀長較長的情況下,性能改善更為明顯。三、針對半雙工PCF(HD-PCF)協(xié)議在全雙工WLAN中輪詢效率不高的問題,提出一種單信道全雙工PCF(FD-PCF)協(xié)議。該協(xié)議充分利用各站點的全雙工能力,引入全雙工輪詢列表(FD-PL)結構以適應全雙工網(wǎng)絡、半雙工網(wǎng)絡和混合雙工網(wǎng)絡的應用場景,并采用集中輪詢的方式分配信道的使用權。分析了FD-PCF的通信規(guī)則和幀傳輸流程,利用M/G/1休假隊列模型分析了所提FD-PCF的介質訪問時延、歸一化吞吐量等性能。仿真結果顯示,FD-PCF的性能比傳統(tǒng)PCF的性能有顯著提升,特別在幀長較長和包到達率較大時,系統(tǒng)性能改善更為顯著。
[Abstract]:Full-duplex communication technology can improve link capacity and spectral efficiency. It is one of the key technologies of 5G and future wireless communication systems. Single channel full-duplex communication means that the transceiver can receive and transmit information simultaneously in a frequency band. With the development of self interference cancellation (sic) technology for full duplex system, full duplex communication will be realized. Full-duplex technology will bring great changes to the existing WLAN (WLAN). The traditional half-duplex MAC protocol can no longer adapt to the full-duplex WLAN protocol. Therefore, in order to further improve the network capacity and spectrum efficiency of WLAN, it is necessary to study the full-duplex MAC protocol. Based on the analysis of the IEEE802.11 standard MAC layer distributed coordination function and the point coordination function, this paper studies the single-channel full-duplex MAC protocol, the full-duplex CSMA-FD-CSMA-FD-CSMA protocol and the full-duplex FD-PCF protocol. The main contents and innovations are as follows: firstly, aiming at the problem that traditional half-duplex WLAN is not suitable for full-duplex WLAN, a single-channel full-duplex FD-DCF protocol is proposed. Combined with the full duplex capability of different network scenarios and sites, the protocol reasonably fills RTS/CTS frames, and proposes four working modes, namely synchronous full-duplex mode, asynchronous full-duplex mode, conditional half-duplex mode and half-duplex mode. This paper analyzes the link establishment process of FD-DCF in four different working modes, and deduces the collision probability, normalized saturation throughput and medium access delay of FD-DCF protocol combined with the improved Markov Markov model. The simulation results show that the performance of FD-DCF is much better than that of traditional DCF, especially when the frame length is longer, the number of stations is small, and the data transmission rate is low. Compared with the classical full-duplex protocol "ContraFlow", the proposed protocol can satisfy the communication requirements of full-duplex network, half-duplex network and hybrid duplex network by sacrificing minimal throughput and delay performance. Secondly, a full-duplex CSMA-FD-CSMA-CSMA protocol is proposed to solve the problem of collision perception delay in the traditional CSMA mechanism and to consider the unsatisfactory physical layer carrier detection. The protocol uses full-duplex technology for continuous carrier detection, and immediately stops sending data when the collision occurs, thus shortening the collision perception time. In this paper, the carrier detection and collision avoidance mechanism of FD-CSMA protocol in interference environment is analyzed, and the frame transmission flow in the presence of false alarm and missed detection in physical layer carrier detection is also analyzed. Based on the improved Markov model, the normalized saturation throughput and media access delay of FD-CSMA protocol are studied. The simulation results show that the performance of FD-CSMA is significantly improved than that of traditional CSMA, especially in the case of more sites and longer frame length. Thirdly, a single-channel full-duplex WLAN FD-PCF protocol is proposed to solve the problem that the half-duplex HD-PCF protocol is not efficient in full-duplex WLAN. This protocol makes full use of the full duplex capability of each station and introduces the full duplex polling list (FD-PL) structure to adapt to the application scenarios of full-duplex network, half-duplex network and hybrid duplex network, and distributes the right to use the channel by means of centralized polling. The communication rules and frame transmission flow of FD-PCF are analyzed, and the media access delay and normalized throughput of the proposed FD-PCF are analyzed by using the M/G/1 vacation queue model. The simulation results show that the performance of FD-PCF is significantly improved than that of traditional PCF, especially when the frame length is longer and the packet arrival rate is larger.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN915.04

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