IEEE802.11+MAC协议退避算法与帧聚合技术分析

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1、摘要摘要无线局域网（WLAN）具有接入网络自由、方便等特点，得到了广泛的应用；然而，由于无线信道资源有限以及无线信道特有的特点，使得无线局域网能够提供的服务受到了一定的限制。IEEE802.11作为WLAN的主要标准，定义了物理层和MAC层的相关规范，IEEE802.11MAC采用了基于CSMA/CA的信道访问方式，利用二进制指数退避算法实现其CA功能，研究表明，好的退避算法，能够有效的提高无线局域网的吞吐量、低数据包传输延时以及高的信道利用率。已有很多学者对IEEE802.11MAC退避算法进

2、行了研究，其中最突出的是离散二维马尔科夫链模型和P坚持模型，这两个模型能够很精确的描述IEEE802.11MAC的性能。在研究的过程中，发现MAC层的退避计数器暂停频度能够及时反映当前网络中的信道竞争激烈程度，针对这一发现，本文中提出了一种新的退避算法—P-BACKOFF；该算法利用退避计数器暂停频度推断当前网络状态，然后使站点调节自己的竞争窗口以提高发送数据包的成功概率。仿真结果表明，P-BACKOFF在网络吞吐量、延时、节点公平性等方面都优于标准的信道访问算法。随着IEEE802.11物理层

3、速率的提高，MAC层以及物理层协议的固定开销使信道的有效利用率降低。为了减少协议开销，提高MAC层的服务效率，已有的研究提出了帧聚合的概念，其主要思想是通过将多个MSDU进行聚合以形成大的MSDU，然后以单个MAC帧的形式发送。虽然现有的标准提出了A-MSDU、A-MPDU等聚合方式，但是并没有规定怎么利用这些聚合机制。因此，本文提出了一种调度器—FERS，该调度器以应用所要求的误帧率作为参考，通过误帧率与BER以及帧长的关系计算满足应用要求的误帧率条件下最优的MPDU长度，并以此为依据选择A-

4、MSDU或者两层聚合机制发送数据帧。MAC层在进行聚合的时候采用延时等待的方式，考虑到延时等待不能很好的适应站点负载的变化，引入了缓冲区中MSDU数量作为另一个触发聚合执行的条件。仿真结果表明，相比于采用单纯的A-MSDU和A-MPDU机制，FERS在延时、吞吐量方面都能够得到一定的提高。关键词：IEEE802.11，退避算法，帧聚合，A-MSDU，A-MPDUI万方数据ABSTRACTABSTRACTWirelessLAN(WLAN)withafreeandconvenientaccessto

5、thenetworktomakeupfortheshortcomingsofwiredLAN.However,duetothelimitedbandwidthofwirelesschannelresourcesandtheuniquecharacteristicsofwirelesscommunications,makingtheservicesprovidedbywirelessLANcannotreachthedatathatrate,delayandsoonthatofwiredLANs.

6、IEEE802.11astheprimarystandardofWLANdefinesthephysicallayerandMAClayer’srelevantregulations.IEEE802.11’sMACbasedonCSMA/CAchannelaccessmethod,ituseofBEBbackoffalgorithmtoimplementationsCAfunction.Studiesshowthateffectivebackoffalgorithmcaneffectivelyi

7、mprovewirelessLAN’sthroughputandreducepackettransmissiondelayandincreasethechannelutilization.ExistingstudiesonbackoffalgorithmforIEEE802.11MAChasgotmanyachievements,themostprominentistheseconddimensionMarkovchainmodelandthemodelofP-persistentthatthe

8、twomodelscanbeveryaccuratedescriptionofIEEE802.11MACperformance.Onthesebasses,otherstudiesareonthecontentionwindowadjustmentsandthesimulationresultsshowthatthesemethodscanimproveacertainextentinperformancecomparedtoexistingstandardprotocols.Inthecour