本文關(guān)鍵詞：MU-MIMO WLAN系統(tǒng)上行信道接入機制的研究

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【摘要】：隨著智能終端的快速發(fā)展以及多媒體業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用,無線網(wǎng)絡(luò)需求急劇增長。為了進一步提升無線局域網(wǎng)(wireless local access network,WLAN)系統(tǒng)性能,緩解無線資源不足的現(xiàn)狀,IEEE 802.11ac標準中引入了多用戶多輸入多輸出(multiple-user multiple-input-multiple output,MU-MIMO)技術(shù)。該技術(shù)能夠利用空間復(fù)用增益提高系統(tǒng)容量,因此MU-MIMO WLAN系統(tǒng)的研究成為研究重點,特別是允許多個用戶同時進行傳輸?shù)母咝诺澜尤霗C制的研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值。現(xiàn)有MU-MIMO WLAN系統(tǒng)上行信道接入機制在數(shù)據(jù)傳輸完成之后才能得知當前傳輸中是否產(chǎn)生碰撞,由碰撞導(dǎo)致的失敗傳輸會造成信道資源的占用浪費,尤其是當用戶數(shù)較多時碰撞頻發(fā),會帶來系統(tǒng)效率的嚴重下降。因此,研究在碰撞產(chǎn)生時及早停止當前傳輸?shù)男诺澜尤霗C制,減少失敗傳輸對信道資源的占用浪費,是MU-MIMO WLAN系統(tǒng)的研究重點和研究難點。本文就此問題展開研究,主要工作及創(chuàng)新點如下所述:1.提出了基于周期性檢測的隨機信道接入機制。通過讓第一個接入用戶周期性地對信道碰撞情況進行檢測,能夠及時發(fā)現(xiàn)碰撞的產(chǎn)生,并通過通知其他用戶停止當前傳輸,能夠解決失敗傳輸對信道資源占用浪費的問題,帶來系統(tǒng)性能的提升。通過對所提信道接入機制的系統(tǒng)模型進行數(shù)學(xué)分析,得到了該信道接入機制下MU-MIMO WLAN系統(tǒng)的飽和吞吐量和平均時延。仿真實驗驗證了所提信道接入機制能夠有效提升系統(tǒng)性能,特別是隨著用戶數(shù)的增多,其對系統(tǒng)性能的提升更加明顯。例如當用戶數(shù)達到50時,比現(xiàn)有基于CSMA/CA信道接入機制的飽和吞吐量提升了 78.57%,平均時延降低了 33.34%。2.提出了基于周期性檢測的RTS/CTS信道接入機制。通過AP對RTS幀的檢測,能夠及時發(fā)現(xiàn)碰撞的產(chǎn)生,并通過通知其他用戶停止當前傳輸,能夠解決失敗傳輸對信道資源占用浪費的問題,帶來系統(tǒng)性能的提升。通過對所提信道接入機制的系統(tǒng)模型進行數(shù)學(xué)分析,得到了該信道接入機制下MU-MIMO WLAN系統(tǒng)的飽和吞吐量和平均時延。仿真實驗驗證了所提信道接入機制能夠有效提升系統(tǒng)性能,當用戶數(shù)較少時,其系統(tǒng)性能高于現(xiàn)有基于CB-CSMA/CA信道接入機制,低于基于周期性檢測隨機信道接入機制;隨著用戶數(shù)的增加,其對系統(tǒng)性能的提升顯著,明顯高于現(xiàn)有基于CB-CSMA/CA信道接入機制和基于周期性檢測隨機信道接入機制。例如當用戶數(shù)達到50時,比現(xiàn)有基于CB-CSMA/CA信道接入機制的飽和吞吐量提升了 76.67%,平均時延降低了 43.34%;比基于周期性檢測隨機信道接入機制的飽和吞吐量提升了 9.82%,平均時延降低了 13.58%。3.研究了如何根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化優(yōu)化使用上述基于周期性檢測的隨機信道接入機制和基于周期性檢測的RTS/CTS信道接入機制,提出了針對MU-MIMO WLAN系統(tǒng)的混合信道接入機制。通過在網(wǎng)絡(luò)連接的建立階段對上述兩種信道接入機制的系統(tǒng)性能進行分析比較,選擇系統(tǒng)性能更好的機制作為當前的信道接入機制,能夠有效適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的動態(tài)變化,獲得更好的系統(tǒng)性能。4.研究了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的WLAN分流問題,應(yīng)用所提信道接入機制系統(tǒng)模型的分析結(jié)果,提出了基于單個用戶滿意度的WLAN分流算法。實驗結(jié)果表明,所提算法能夠在兼顧網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的同時使用戶的網(wǎng)絡(luò)費用最低,與現(xiàn)有cellular-first分流算法和wlan-first分流算法相比具有更高的用戶滿意度。本文以提高MU-MIMO WLAN系統(tǒng)性能為目標,提出了基于周期性檢測的隨機信道接入機制和基于周期性檢測的RTS/CTS信道接入機制,能夠有效減少無效傳輸過程對信道資源的占用浪費,提升系統(tǒng)性能。縱向上,將兩種信道接入機制的優(yōu)點融合成能夠動態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化的混合信道接入機制;橫向上,將所提信道接入機制的理論模型應(yīng)用于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò),設(shè)計實現(xiàn)了具有更高用戶滿意度的WLAN分流算法。因此,本文的研究內(nèi)容具有一定的理論意義和應(yīng)用價值,可為MU-MIMO WLAN系統(tǒng)上行信道接入機制的研究提供新的思路,并應(yīng)用于解決異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的WLAN分流問題。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN925.93

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本文編號：1286120