【摘要】：近幾十年,IEEE 802.11無線局域網(wǎng)絡(luò)由于其可移動(dòng)、低成本、高速率等特性,越來越多地普及到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活中。為了滿足廣大用戶日益增長的高速率、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)需求,針對無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)一直是研究的熱點(diǎn)。802.11標(biāo)準(zhǔn)作為無線局域網(wǎng)的通用標(biāo)準(zhǔn),旨在實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)內(nèi)無線設(shè)備的兼容互連。而IEEE 802.11 MAC層的性能提升越來越成為限制IEEE802.11技術(shù)演進(jìn)的關(guān)鍵瓶頸,因此,本文以下一代智能無線局域網(wǎng)中的接入機(jī)制選擇和動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化為主要研究問題,從理論與仿真兩個(gè)方面展開研究。首先,本文梳理了課題的研究背景及意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和IEEE 802.11 MAC層的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn),重點(diǎn)介紹了基于CSMA/CA機(jī)制的DCF接入?yún)f(xié)議,詳細(xì)分析了基本接入機(jī)制與RTS/CTS機(jī)制的工作流程以及二進(jìn)制指數(shù)退避算法的具體過程。其次,為了本文后續(xù)研究內(nèi)容的展開,本文基于前期理論研究,驗(yàn)證了NS-3仿真平臺(tái)中IEEE802.11 MAC模型的準(zhǔn)確性。利用Dai的IEEE 802.11 DCF網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一框架理論模型,考慮不同的網(wǎng)絡(luò)場景,包括不同的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、變化的系統(tǒng)參數(shù)、不同的接入機(jī)制以及不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?全面地驗(yàn)證了NS-3 IEEE 802.11 MAC層的準(zhǔn)確性。理論與仿真結(jié)果表明,NS-3平臺(tái)能夠作為IEEE 802.11 DCF網(wǎng)絡(luò)的性能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的可靠仿真工具。再次,針對無線局域網(wǎng)中的RTS閾值設(shè)置為固定值,接入機(jī)制無法及時(shí)地在基本接入機(jī)制與RTS/CTS機(jī)制間切換的固有設(shè)定模式,本文從理論模型上推導(dǎo)出了最佳RTS閾值的顯式表達(dá)式,并結(jié)合NS-3平臺(tái)驗(yàn)證了最佳RTS閾值的準(zhǔn)確性和接入機(jī)制選擇的可行性。根據(jù)最佳RTS閾值與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系,本文設(shè)計(jì)可自適應(yīng)接入機(jī)制選擇的無線局域網(wǎng),并在NS-3仿真平臺(tái)中進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),有望直接擴(kuò)展至硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。理論與仿真結(jié)果的高度吻合說明了該方案的準(zhǔn)確性,網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前用戶數(shù)量及負(fù)載情況,始終自適應(yīng)工作在最佳的接入機(jī)制下,網(wǎng)絡(luò)吞吐量得到了顯著的改善。最后,為解決當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的靜態(tài)退避參數(shù)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能隨著用戶數(shù)量增加而下降的問題,本文分析與比較Bianchi的經(jīng)典二維馬爾可夫模型與Dai的理論模型,發(fā)現(xiàn)基于Dai的理論模型中所得的最優(yōu)初始退避窗口顯式表達(dá)式,可以保證網(wǎng)絡(luò)吞吐量的最大化。基于最優(yōu)初始退避窗口與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系,本文設(shè)計(jì)了可動(dòng)態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)吞吐量的無線局域網(wǎng)原型,并在NS-3仿真平臺(tái)中進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。理論與仿真的高度匹配充分證明了該算法的準(zhǔn)確性,為無線局域網(wǎng)的智能優(yōu)化提供了重要的理論指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN925.93
【圖文】：

(a) 節(jié)點(diǎn)數(shù)目為 5 (b) 節(jié)點(diǎn)數(shù)目為 10圖 5-3 NS-3 仿真平臺(tái)下實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)數(shù)目變化時(shí)對應(yīng)的 IP 地址產(chǎn)生情況有系統(tǒng)參數(shù)配置保持一致。利用公式（3.6）-公式（3.9）、公式（5.2）可以計(jì)算基機(jī)制與 RTS/CTS 機(jī)制下的τT和 τF、以及最優(yōu)初始退避窗口大小 Wm。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)初始退避窗口大小更新為最優(yōu)初始退避窗口大小的值，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的最大化NS-3上設(shè)計(jì)可動(dòng)態(tài)優(yōu)化的無線局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中配置所有節(jié)點(diǎn)以54 Mbps的速1023字節(jié)的數(shù)據(jù)幀，控制幀的發(fā)送速率為6 Mbps。按照IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)的初始口的設(shè)置，其值固定為 16，最大退避等級設(shè)置為 6。為了設(shè)計(jì)可自適應(yīng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化局域網(wǎng)，實(shí)時(shí)增加或者減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目 n、或者實(shí)時(shí)變化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀發(fā)送速率及控制幀發(fā)送速率RB。最后，比較采用最優(yōu)初始退避窗口大小的設(shè)置方法與初始口大小設(shè)定為靜態(tài)值的固定模式，觀察兩種方案下的網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能差異，并分設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性。5.3 仿真結(jié)果與分析

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本文編號：2789482