无线局域网多址技术的研究

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1、西安电子科技大学博士学位论文无线局域网多址技术的研究姓名：何宏申请学位级别：博士专业：通信与信息系统指导教师：李建东20060101摘要摘要无线局域网（WLAN）已被证明是当前最有效的无线接入网络之一,无线局域网是实现将Internet业务扩展到无线移动环境的理想方式，无线局域网已经被看作未来无线通信系统的重要组成部分。无线局域网是一个复杂的系统，所涉及的研究内容非常广泛，目前仍存在一些需要彻底研究的问题，而新的应用也对它的研究和发展不断提出新的挑战。另一方面，通信和微电子技术的迅速发展又为无线局域网的发展不断提出新

2、的契机。本文结合智能天线和现有的IEEE802.11协议，对无线局域网的多址接入协议进行了深入探讨。本文主要内容和创新性结果如下：1.对IEEE802.11协议DCF接入方式进行了深入的研究。提出了一种新的增强型分布式接入控制算法（EnhancedDistributedContentionControl,EDCC）。在EDCC算法中采用一维自回归滑动平均模型ARMA(α)滤波方法来对时隙利用率估计值进行平滑处理，减小了时隙利用率估计值与现实结果的偏差。研究结果表明：EDCC算法能够有效地减小数据包的重传次数和网络时延

3、，在提高网络通过量的同时大大降低网络中每个节点的业务负荷，使得节点对有限能源的消耗大大降低，具有很重要的现实意义。2.分析了IEEE802.11协议的二进制指数退避算法存在的问题，提出了一种基于慢退避(SlowDecrease)思想的分布式接入控制算法(SD_EDCC)。新的多址接入协议将慢退避的思想同增强型分布式接入控制的思想相结合，有效地解决了标准协议中二进制指数退避算法成功发送数据帧后没有记录网络当前繁忙程度的缺点，能够更准确地记录数据帧成功发送后高负荷网络的退避阶数，降低数据帧接入信道的碰撞概率，提高无线信道

4、的利用率。算法能够与现有的IEEE802.11协议完整地结合在一起，具有简单、无开销、完全分布性和自适应性的特点。分析和仿真结果表明，基于慢退避思想的分布式接入控制退避算法较之其它三种常用的接入算法能够更能有效地利用网络中已有的信息，更准确地估计网络当前的竞争状态，表现出更好的网络性能。3.对SD_EDCC算法的关键映射参数：发送概率（ProbabilityofTransmission）进行了理论分析和修正，提出了一种新的多址接入协议：CRMA（CollisionReducedMultipleAccess）。CRMA

5、多址接入协议优点在于网络中的单个节点无需获知网络中的竞争节点数目N，即可利用观测得到的时隙利用率修正值和数据帧长度分布函数来实时地根据网络当前拥塞状态自适应地调整数据帧发送前退避窗口大小，降低ISN国家重点实验室信息科学研究所宽带无线通信实验室西安电子科技大学博士学位论文:无线局域网多址技术的研究TM数据帧的碰撞概率。应用OPNET8.0对新的协议进行了性能评估，结果表明：CRMA协议较之SD_EDCC协议及AOB协议能够更有效地降低节点数据帧的碰撞概率，提高网络吞吐率和时延的性能。我们同时采用仿真的方法考察了协议的

6、能量效率，实验结果表明：无论是长帧还是短帧业务，CRMA协议的能量效率均高于AOB协议的能量效率。4.提出了应用多波束智能天线实现信道空分复用的同时，充分挖掘智能天线的优势，为多媒体业务提供QoS保障，降低各种数据业务的时延，这是现代无线通信网络的重要需求，也是智能天线与无线网络有机融合的要求。本文在充分考虑多波束智能天线特点基础上，提出了支持多波束智能天线应用的自适应冲突分解多址接入协议（ACRMA-MBA）。该协议采用时分双工（TDD）方式，每一帧开始时用户节点依次发送冲突分解分组（CollisionResolu

7、tion，CR），声明自己上行链路数据的等待时长，AP节点据此来妥善安排各扇区内用户的时隙分配。基于同扇区内数据分组碰撞避免和数据分组时延最小化原则，AP节点指定在每帧的上行链路数据时隙内每个波束最多有一个节点获得发送权限。在保证网络中各个节点公平性的前提下，AP节点使得每个时隙容纳多个数据分组，以充分实现信道的空分复用。本文对该协议的信道利用率进行了近似分析，并利用仿真方法考察其性能。为了提高单个节点的能量效率，提出了一种新的能量管理算法。结果表明,ACRMA-MBA协议能有效地支持多波束智能天线应用并具有很高的信

8、道利用率与良好的时延性能。在波束数目不同条件下，采用能量管理算法后，单个节点的能量效率提高了60-110%。关键词：无线局域网，多址接入协议，智能天线，IEEE802.11协议饱和吞吐率，接入时延ISN国家重点实验室信息科学研究所宽带无线通信实验室ABSTRACTABSTRACTAsoneofthemosteffectivewirelessac