基于802.11n长距离链路的速率调整算法

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1、基于802.11n长距离链路的速率调整算法RateAdaptationAlgorithmforLong-DistanceIEEE802.11nLinks学科专业：软件工程作者姓名：张富城指导教师：赵增华副教授天津大学软件学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表

2、示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要基于IEEE802.11的长距离无线网络为偏远地区提供了低成本的网络方案，具有重要应用价值。IEEE802.11n的理论数据速率最

3、高达到600Mbps，给网络性能带来巨大的提升，然而在长距离链路中却性能低下。实验测量结果表明，由于长距离链路的高传播延迟，现有的速率选择算法无法充分利用802.11n的特性，导致吞吐率较低。因此，设计一种适用于长距离链路的速率调整算法非常重要。802.11n提供了多种调制编码方案，在不同的链路状态下，每一种调制编码方案性能不同。本文在实际测量的基础上，结合通信理论，证明接收信号强度RSSI可以作为链路状态依据，而且建立了RSSI和投递率PDR关系的模型。在此基础上，充分利用IEEE802.11n信道绑定、帧聚合等特点，提出了一种自

4、适应的速率调整算法RainbowRate。发送方利用RSSI和PDR之间的关系选择速率集，大幅度减小候选速率的数量。通过只探测候选速率来选择最佳速率，不但能快速应对链路状态的变化，还能有效减少探测开销。使用快速切换和低速率重传以减少丢包和数据包的重传次数，进而提高传输效率。本文在实验床上实现了RainbowRate并进行性能评价，将RainbowRate与Ath9k、Minstrel、MiRA这三种速率调整算法作比较，实验结果表明，本算法在吞吐率和稳定性上都明显优于其它算法，在户外链路上具有更好的性能，UDP吞吐率平均比Ath9k、

5、Minstrel、MiRA分别高出100.4%、58.1%和20.1%，TCP吞吐率平均高出153%、38.5%和31%。关键词：802.11n，长距离无线网络，速率调整算法ABSTRACTWirelesslongdistance(WiLD)networksbasedonIEEE802.11provideslow-costnetworkconnectivityforruralareas,whichhasgreatsignificanceinapplications.ThebitrateofIEEE802.11nreaches600M

6、bpsatmaximum,whichbringslargeimprovementforthenetworkperformance.Howeveritsufferspoorperformanceinlongdistancelinks.TheexperimentsshowthatthecurrentRA(rateadaptation)schemescannotmakefulluseoffeaturesof802.11n,leadingtolowthoughput.RAalgorithmforlong-distancelinksisnee

7、ded.IEEE802.11nsupportmanyMCS(ModulationandCodingScheme),whichhasdifferentperformanceindifferentlinks.Accordingtoextensiveexperimentmeasurementonlong-distancelinks,wefoundthatRSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator)canbeindicatorforlinkstatus,whichisalsoconsistentwithcomm

8、unicationtheory.ThereforeweproposeRainbowRate,anovelRAmechanismtomake802.11nperformwellinWiLDnetworks.RainbowRateleve