wlanmesh网络多信道多速率分布式接入协议设计与建模研究

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofInformationScienceandTechnologyAmulti-channelmulti-ratedistributedaccessprotocoldesignandmodelanalysisinWLANmeshnetworksAThesisinCommunicationandInformationSystembyNameLiKeyanAdvisedbyProf.ZhuGangSubmittedinPartialFul

2、fillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2014承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。21=1本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,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，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密

3、的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名:日期:摘要WLANmesh网络作为一种新型的宽带无线网络结构，它综合了WLAN网络和adhoc网络的相关优势，为实现无缝的宽带无线接入服务提供了一种新的选择。随着WLANmesh网络的组网潜力被人们逐渐认识，一些标准化组织开始研究和探讨WLANmesh网络组网协议的相关标准。IEEE802.11协议是无线网络领域较早被业界认可的标准协议。近年来,802.11协议体系逐渐在物理层增加了对多种传输速率的支持。例如IEEE802.11b协议允许1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps四种传输速率，IEEE802.11a协议

4、支持从6Mbps到54Mbps共8种传输速率。尽管上述协议在物理层支持多种传输速率，但在MAC层均未给出具体的链路速率动态选择机制。在多速率网络屮，占用信道的低速率琏路需要更长的时间完成数据传输，消耗了更多的信道资源,极人限制了高速率链路传输的优势，从而导致网络整体性能的下降。为解决该问题，研究人员开始尝试将多信道技术引入多速率网络。然而在单接口多信道网络中，节点通过动态切换信道的方式利用多信道，收发节点常常由于处在不同信道上而无法顺利地进行信道预约。围绕相关问题，本文的主要创新点包括：（1）详细分析了多种传输速率的链路共存于同一信道时引发的性能瓶颈问题，以及单接口多信

5、道网络中的接收端忙问题，在DCF协议的框架内提出了一种适用于WLANmesh网络的分布式多信道速率自适应信道接入协议。该协议允许发送节点周围的邻居节点通过协作应答的方式告知相应接收节点的所处信道,接收节点根据当前信道质量合理选择传输速率和传输信道并反馈给发送节点。通过上述机制，协议将不同传输速率的链路分离在不同的信道上。仿真结果证明，该协议能避免不同传输速率链路之间的相互干扰，有效解决接收端忙问题，从而显著提高网络的整体性能。（2）针对WLANmesh网络的信道切换问题，本文在自主提出的MCRA协议的基础上简化为一种简单的信道分配协议SM-MAC,并用三维马尔科夫链建模

6、分析。模型准确的刻画出单信道重传次数与多信道信道切换的过程，同时刻画了这两者对网络性能的影响。模型支持基本接入模式和RTS/CTS接入模式。仿真结果显示，模型可以非常准确的预测和评估饱和吞吐量。而且通过使用SM-MAC多信道接入协议，网络的吞吐蚩有了明显的提高。关键词：WLANmesh网络；信道接入协议；多信道；速率自适应；信号干扰；马尔科夫链建模ABSTRACTWLANmeshnetworks.whenusedasanewbroadbandwirelessnetwork,cancombinetheadvantagesofWLANnetworksandadhocnetw

7、orks.ltprovidesanewchoiceforthebroadbandwirelessaccessservice・ThenetworkingpotentialinWLANmeshnetworksisgraduallybecomingmorewell-known・SeveralstandardizationorganizationshavebegantostudyandexploredthestandardsofthenetworkingprotocolinWLANmeshnetworks.IEEE802.11protocol,w