软件无线电网络平台视野下mac实现分析

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1、软件无线电网络平台视野下MAC实现分析第一章绪论近些年来笔记本电脑、等移动终端设备已经得到普及，人们对移动通信的需求不断增长，无线网络正在飞速发展。研究人员对无线网络方方面面的研究也在不断进行、不断深入，以期将来我们的通信方式更加灵活与顺畅。很多研究人员认为，在无线网络协议的设计中需要使用跨层设计，以便实现各协议层之间信息的互相传递、共享，进而物理层、数据链路层或网络层以及上层之间的互相协调配合得以实现[1][2][3]。因为跨层设计的实现要求对各层协议，包括PHY与MAC协议进行重新优化，然而在实

2、际商用产品中PHY与MAC协议已经烧制在硬件中，不可更改。所以，构建PHY与MAC协议可操作的实验平台成为无线网络跨层设计研究的必要工作[4][5]。1.1论文研究背景1.1.1互联网络的分层思想要想让两台计算机进行通信，必须使他们采用相同的信息交换规则。我们把在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议或通信协议[6][7]。现代信息社会的发展使得不同网络体系结构的用户迫切要求能够互相交换信息。为了不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO于1977年成

3、立了专门机构研究这个OSI/RM（OpenSystemsInterconnection/ReferenceModel），简称为OSI。OSI将网络功能划分成7层，分别是物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层[7]。1.1.2无线网络中的跨层设计思想目前，人们已经习惯于OSI分层网络设计的思想，该思想也已为通信系统服务多年。然而，很多研究者认为，在无线网络领域，我们在研究各网络、各层性能优化的同时，更要关注物理层，数据链路层或网络层以及上层之间的互相协调配合对网络性能的影响。无线通信不

4、同于有线通信，无线信号传输介质是不可靠的，容易受到噪声、多径衰落以及阴影效应等不可预知的影响。并且移动性也会给信道预测和信道估计带来相当大的难度，从而增加了信道的误码率[8]。笔者在第四章中通过实验测试考察并证明了无线信号传输介质的不可靠性。人们为了保证可用性，往往只按照信道性能最低的要求进行保守设计，而不是通过自适应的调整以适应通信信道的变化，于是导致网络无法对有限的功率资源和频谱资源进行有效合理的利用。传统的无线通信系统设计沿用OSI参考模型。只单独对各层进行设计和优化，这样简化了网络设计的复杂

5、性，同时也满足软件设计的信息隐藏原则，因而得到了广泛应用[5][6]。但遵循OSI设计理念必然要摒弃协议层的跨层交互，而且不同协议层之间存在一定的信息冗余。为此，OSI开放系统的参考模型不能对无线网络资源进行整合，以致网络性能得不到整体优化。无线网络的通信业务已经从单一的低速话音业务转向各种多媒体数据业务、高速图像传输业务等。为了支持这些具有不同服务质量(QoS)参数要求的业务，需要彻底改变原先固定不变的协议分层框架，以大幅度提高系统的各项性能。因此，无线网络的跨层设计作为下一代移动通信的关键技术，

6、已经被越来越多的国内外网络研究机构所关注[9]。跨层设计的本质思想是打破传统的通信系统框架，通信系统资源的状态参数等信息在协议层中传递，从而达到各协议层联合设计，充分利用系统资源，最终为用户提供更好服务。举例来讲，物理层位于OSI参考模型的最底层，它直接面向传输介质，负责在传输介质之间为数据链路层提供一个传输原始比特流的物理连接。对于跨层设计来说，物理层的主要角色是向数据链路层（特别是MAC子层）、IP层（路由协议）、传输控制协议（TCP/UDP等）等提供本层的状态参数，如信噪比（SNR）、误码率（

7、BER）和数据传输速率等，作为其他协议层优化设计的依据[4][10]。例如，在无线环境下，路径衰耗、多径、共道干扰、节点移动等均会导致接收端SNR的变化，从而导致BER的变化[13]，物理层需要把这些信息传递给上层，给上层提供调整操作方式的参考。而对于物理层本身的设计，跨层设计方法主要体现在按照MAC协议、路由协议、TCP协议和应用层业务的QoS需求实施功率控制（提高或者降低功率）和自适应调制解调控制。数据链路层最重要的功能就是通过数据链路层协议（即链路控制规程），在不太可靠的物理链路上实现可靠的数

8、据传输，比如帧同步、流量控制、差错控制等。但是，由于链路层的传送调度策略会影响数据包延迟、带宽等性能，链路层性能下降将会导致网络层路由性能的恶化。若网络层能够感知链路层性能的变化，就可以采用自适应的方式改变路由，以改善网络的整体性能。对于传输层也是如此，传输层性能的好坏也可以通过与数据链路层的信息交互加以改善[13]。综上所述，无线网络中使用跨层设计是非常必要的。跨层设计中要求PHY与MAC层与上面各层交互信息，所以，PHY与MAC协议很多情况下需要被修改从而优化网络