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

1、 密 級 桂林電子科技大學 碩 士 學 位 論 文 題目 基于 IEEE802.11 無線網(wǎng)絡 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 號: 112021208

2、 研 究 生 姓 名: 何 燕 指導教師姓名 指導教師姓名、職務 職務: 張紅梅 教授 申 請 學 位 門 類: 工學碩士 學科 學科、專 業(yè) 名 稱: 信號與信息處理 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 中每個無線節(jié)點最基本的信道接入方式，它主要采用基于 BEB（二進制指數(shù)退避）的 CSMA/CA 機制來實現(xiàn)無線信道的共享。由于 BEB 中的初始競爭窗口取決于物理層的特性，不能根據(jù)網(wǎng)絡中競爭節(jié)點數(shù)目的變化來調(diào)整最佳的競爭窗口

4、值，這降低了無線局域網(wǎng)MAC 層的性能。因此，本文從 DCF 競爭窗口的優(yōu)化角度出發(fā)，提出了一個新的DCF 協(xié)議（TOCW-DCF 協(xié)議）來對 MAC 層的性能進行優(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)競爭窗口的 DCF 協(xié)議，在此基礎上，從 DCF 競爭窗口的優(yōu)化角度出發(fā)，提出了一個具有最佳常數(shù)競爭窗口的兩級退避機制的 DCF 協(xié)議（TOCW-DCF：Two-stage backoff

5、scheme with Optimal Constant contention Window of DCF）來優(yōu)化 MAC 層的性能。TOCW-DCF協(xié)議不僅能保證節(jié)點始終以最大吞吐量對應的競爭窗口值（最佳競爭窗口）去競爭信道，而且還能給節(jié)點中不同傳輸狀態(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。 其次，為了驗證 TOCW-DCF 協(xié)議的性能，根據(jù) TOCW-DCF 協(xié)議的退避機制，建立了一個二維的 Mark

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

7、爭窗口進行了全面和詳細的理論分析和 Matlab 數(shù)值仿真分析， 并給出 TOCW-DCF 協(xié)議的最佳競爭窗口值的計算方法。分析結果表明，TOCW-DCF 協(xié)議不僅能為不同規(guī)模網(wǎng)絡確定最佳競爭窗口，實現(xiàn)了競爭窗口優(yōu)化的目的，保證了較好的吞吐量和信道接入延時。 最后， 通過 OPNET 網(wǎng)絡仿真工具對 TOCW-DCF 協(xié)議的吞吐量、 信道接入延時及公平性進行了仿真和分析，TOCW-DCF 協(xié)議的 OPNET 仿真結果與 Markov 數(shù)