ieee 802.11无线局域网mac层性能及服务质量研究

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1、天津大学博士学位论文IEEE802.11无线局域网MAC层性能及服务质量研究姓名：汪广洪申请学位级别：博士专业：计算机应用技术指导教师：舒炎泰20040601中文摘要近几年，IEEE802.11无线网络得到了迅速的发展，并已经被广泛地应用在人们的工作和生活中。随着Internet上的实时多媒体业务(如视频、音频等)越来越多，在无线网络中传输这些业务的需求也越来越大，这也就对无线网络的性能和服务质量提出了更高的要求。同有线网络相比，无线网络在性能和服务质量方面还有很大差距，这除了其物理传输介质的固

2、有特点之外，实现介质共享的MAC层协议是一个非常重要的因素。因此，对IEEE802.11MAC协议的性能分析和改进，以及与MAC有关的服务质量问题的研究具有非常重要的现实意义。本文分析了IEEE802.11MAC层的延迟性能。首先根据DCF的指数退避机制，提出了一个包含退避冻结状态的二维Markov分析模型，推导出了饱和负载条件下DCF的平均介质访问延迟。然后用MIDI1排队模型对每个节点的MAC层队列建模，分析了MAC层队列的平均排队延迟。通过大量的仿真实验证实，模型分析结果与仿真实验结果都非

3、常接近。根据对DCF介质访问延迟的分析，本文提出了一种改进DCF延迟性能的方法。在改进的DCF中，网络中每个节点通过监听其它节点的发送情况，实时地估计网络中的活动节点数。当每个节点竞争信道时，就可以根据当前网络中的活动节点数，动态地设置初始竞争窗口。仿真实验结果表明，本文的实时估计方法能够非常准确地估计出网络中的活动节点数，改进的DCF在介质访问延迟性能上比标准DCF有很明显的改善。同时，改进DCF的吞吐率也得到显著提高。本文应用跨层设计的思想，提出了一种结合网络层和MAC层的跨层带宽预留保证机

4、制—邻居预留(NR,NeighborhoodReservation)，以减轻在adhoc网络中，由于邻居节点在MAC层的信道竞争，对带宽预留产生的影响。在该机制中，一个节点进行带宽预留时，向所有邻居节点发送通知，收到通知的每个邻居节点通过控制MAC层对besteffort业务包的发送速率，减少邻居节点的信道竞争，从而使预留节点的带宽预留得到保证。本文在带内信令系统INSIGNIA基础上，结合邻居预留机制，提出了邻居预留带内信令系统NR-INSIGNIA。仿真结果显示，同INSIGNIA相比较，N

5、R-INSIGNIA提高了QoS业务的预留分组比率和投递率，降低了端到端延迟，有效的保证了QoS业务的服务质量。因此，NR-INSIGNIA是一种适合无线adhoc网络，能够提供有保证带宽预留的带内信令系统。关键词:IEEE802.11，无线网络，分布式协调功能，adho。网络，服务质量，带宽预留，带内信令ABSTRACTWiththerisingpopularityofIEEE802.11wirelessnetworks,andtheexplosiveincreaseofmultimediat

6、rafic(suchasvideo,audio)intheInternet,theresearchonperformanceandQoSofwirelessnetworksbecomesmoreandmoreimportant.Whenthemediumaccesscontrol(MAC)protocolistakenintoconsideration,itisoneoftheimportantfactorsinperformanceandQoSproblemofwirelessnetworks

7、.SoitissignificanttostudytheperformanceofIEEE802.11MACprotocol,andtheQoSproblemthatrelatetoMACprotocolinwirelessnetworks.WeanalyzedthedelayperformanceofIEEE802.11MACprotocol.BasedontheexponentialbackoffmechanismofDCF(DistributedCoordinationFunction),

8、atwo-dimensionalMarkovmodelwithconsiderationofthefreezestateispresentedUsingthismodel,weanalyzedtheaveragemediumaccessdelayofDCFundersaturation.WealsoanalyzedtheaveragequeuedelayofMAClayerbymodelingtheinterfacequeueofeachnodewithMIDllmodel.Thesimulat