无线局域网MAC协议性能分析与研究.doc

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1、 浙江 理工 大学 学 位 论 文 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 作及 取 得 的 研究成 果 。 除 了文 中特别加以 标 注 和 致谢的 地 方外 ，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 浙江 理工 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 己 在论 文 中作了明 确的 说明 并 表 示谢意 。 签 字日 期： 矿 侥 月日 浙江 理工 大学 硕 士 学 位

2、 论 文无 线 局 域 网 是计算 机 技 术与通信 技 术的 相 互 渗 透 、 密切 融 合 的 产无 线 局 域 网 技 术以 其组 网 灵活 、 便捷、 易 于 扩 展和 高效 等 优 点 越 来 越 成 熟 尴呔 钟 蛲 腗 层，然后 分 析 了支持不 同 业 协议 。 并 完善 了网 络 的 理论 分 析 方法。 治隽 酥 质 凳币 滴裨 谖 尴呔 钟 蛲 械挠茫 钊敕 治隽 颂 峁 保 证 的 甪 分 机 制 ，信 道和 帧 拥塞机 制 以 及 不 同 的 竞 争 窗 口 大小等 因素在网 络 系统 中之 间的 的 机 制 的 离 散时间三维 疲 肗 软 件 来 模拟环 形 的

3、网 络 场 景，将 得 到 浙江 理工 大学 硕 士 学 位 论 文 ， ， 瓵 浙江 理丁 大学 硕 士 学 位 论 义 阅 芊治觥 随机 退 避 时间 疌 机 制 与分 段 的 应 用 多 个接 入类 竞 争 机 制 竞 争 参数 浙江 理丁 大学 硕 士 学 位 论 文 链 的 分 析 模型 分 析 协议 分 析 与简 介 相 关参数 第 六章展望与总结 浙江 理工 大学 硕 士 学 位 论 文第 一 章绪 论 研究背景和 意 义 】 协议 ，该 协议 是全 世界 多 媒 体 业 务 的 支持， 保 障不 同 多 媒 体 实 时业 务 机 制 。 因此 对 协议 本 的 问 题而 且 也

4、 直 接 决定 的 网 络 性能 。 机 制 是以 有 相 同 基本 信 道接 制 提 出 的 二维 马 尔 可 夫 链 模型 为 基础 ，然后 加以 完善 提 出 一 种改进 分 析必 须满 足 的 条 件 ，即 在节 点 退 避 过 程 中仅 仅 只 在媒 介信 道空闲时退 避 计时器才 减 判断 节 点 是否要 经过 退 避 过 程 ，还 取 决于 侦 听 到的 媒 介信 道的 状 态。 这 一 点 与该率为 一 一 。 表 示媒 介信 道传输 错 误 概 率， 硎 九 鲎 哺怕 ，文献 完善 了提 出 的 链 ，对 由信 道传输 产 生 的 错 误 和 节 点 碰 撞 区 分 考虑，并

5、 在节 点 发送有 限 队 列 和 无 限 队 列 中分 析 了其吞吐 量 。 但是文 献 对 节点 信 道传输 引 发的 数据 帧 错 误 和 碰 撞 情况 仍然不 够 完善 ，虽 然两个因素能 被区 分开 。 然而 进行 计算 相 关的 概 率时将 竞 争 窗 口 增大到下一 个级 别，而 竞 争 窗 口 增倍 输 次 数分 别取 决于 短 帧 重传次 数和 长帧 重传次 数。 文 献 【 】 为 了分 析 了在 疌 接 入访 问 中，短 帧 重传次 数 琒 和 长帧重传次 数 琒 对 网 络 性能 的 影响 。 提 出 了在信 道 性能 分 析 文 献 【 】 对 后 碰 撞 期进行 了

6、详 细 阐述，很 详 细 地 描述了节 点 在不 同 竞 争 区 间的 活 动状 态以 及 对 整个网 络 性能 的 影响 。 但是该 模型 忽略 了对 虚 拟碰 撞 状 态的 考 信 道状 态。 所 以 在 协议 中，节 点 的 退 避 计时器会有 两种情况 的 变 化 。 第 一 浙江 理工 大学 硕 士 学 位 论 文指 标 的 求 解 加深 了难度。 文 献 分 析 了在非饱 和 状 态下系统 的 网 络 性能 。 在非饱 和 状 态下，必 须考 虑节 点 发送队 列 的 问 题。 增加节 点 发送列 队 为 空或 有 限 的 详 细 的 分 析 ，也 没考 虑到退 避 阶 段 时期侦

7、 听 到信 道忙的 情况 。 文 献 【 】 也 提 出 了一 个在非饱 和 状 态条 件 下三维 分 析 模型 ，其中的 一 维 来 表 示队 列 的 过 程状 态。 与文 献 相 类 似也 存 在相 类 似的 缺 陷 ，该 模型 没有 体 现出 中节离 散的 链 为 基础 额 外 增加队 列 分 析 的 方法。 以 确定。 目前 ，已经有 很 多 研究学 者提 出 了相 关的 解 决方法如下： 灾 斩嘶 岫 訫 性能 产 生 很 大的 影响 。 不 过 已经有 很 多 研究学 者对 浙江 理丁 大学 硕 士 学 位 论 文跳网 络 。 但是这 种分 析 方法有 不 恰当 之 处 。 因为

8、用 这 种方法会把节 点 检测 到的 信道状 态默 认 为 是相 同 的 条 件 下来 进行 计算 。问 题。 协议 ，阐 述无 线 局 域 网 络 中 的 机 制 ，考 虑 在饱 和 条 件 下，提 出 了一 种提 出 的 链为 基础 ，结合 区 分 机 制 ，信 道和 帧 拥塞机 制 以 及 不 同 的 竞 争 窗 口 大小等 因素。比 ，说明 两种性能 数据 具有 很 好的 一 致 性。 分 别验 证 模型 的 准 确性。等 性能 受 影响 的 本 质 原 因。 虽 然 使 用 了 ， ， 一 直 到 ， 眯拚 赣 月 完成 。 的 草 案 设 计出 一 标 准 增加了对 多 输 入多

9、输 出 的 支持，所 允许的 无 线 从 频 谱 测 量 提 供 的 服 务 的 角 度来 考 虑无 线 局 域 网 ，协议 规定了 的 思 想。 主 要 涉 及 到的 技 术包 括更多 的 空间带 宽 以 及 高密度的 解 调 变 。对 于 特殊 的 无 执 照 的 荡 希 尴咔琢 C ， 工 业 组 织 采 用 数千 兆 比 特 超高速的 无 线 数据技 术，于 年 月 完善 相 关协议 并 出 版了第 一 版 为 琁 浼 涓 糁 傅 氖 侵胫 涞募 涓 簟 ， 蟹 植际 街 浼 涓 簦琍 。 节 点 传输 的 速率与不 同 的 薰 亍 定时应 该 定义为 媒 介上 一一。 。 。只 要

10、蝶介空闱 麓 选择 鍪 蓖 吮 苤 涤 校 镜 拿 浇 榉 梦 士 刂 品 椒荂 疌 载波 侦 听 多来 说， 是一 种先听 后 说的 协议 机 制 ，与 相类 似 璊。 无 线 局 域 刚 办 议 性能 分 析 与研究的 是在区 间 均 匀 分 布 区 间内 的 伪 随机 数， 为 相 应 的 物 理层中的 竞 争 窗输 中 相 关的 短 重传计时器递 增时，节 点 的 即 分 别为 节 点 的 和 的 门 限 值 。 超过 重传次 数 对 于 一 个节 点 ，分 析 其在物 理层的 特点 ，如果 节 点 停 留的 时间超过 一 定值 ，况 下，不 会对 或 讨 卮 剖 逼骱 统 卮 剖 逼

11、鞑 跋 靝 引 。槭： 一 】 。隙 较 少。 因此 ，和 基本 接 入访 问 方式 相 比 ， 疌 方式 能 在一 定程 度上 有 效 降 库 属 性值 猼 。 数据 帧 的 将 会有 如下的 关系和 对 应 的 变化 ： 疲 唇 兄 换唬 飧龉 掏 盏降 腞 帧 的 节 点 的 网 络 分 配 可 以 分 原 语 。 如果 在经历 了 疌 机 制 与分 段 的 应 用分 析 一 下最 坏 可 能 的 情况 ，源 节 点 没有 收到 蛘 逜 帧 发生 差 错 ， ， ，其基本 原 理是利 用 点 协调 器 行 轮询，集 中控 制 介质 的 访 问 。 但是这 种介入访 问 方式 只 能 用

12、于 有 基础 设 施的 协议 理论 分 析们 日 益 增长的 需 要 ，图像 、 语音 、 视频 等 多 媒 体 的 业 务 得 到非常 广泛 地 运 用 。 相 对 于 协 协议 请 求 所 包 含 的 信 息 是在这 个信 道中访 问 的 所 需 的 数据 帧 的 大小以 及 在实 际 应 用需 求 的 条 件下所能 达 到的 最 长时间。 这 种传输 规范就是 襝 吞匦 ，是对 每 个 竞 争 信 道特点 的 描述。 假如各 个 葡 喑 逋唬 嵊 跋 霻 传输 层的 数据 帧 重传，影响 网 络 传输 性能 。 A 鞣 掷 喙 蹋 枋 隽 薗 参 应 用 范围 的 限 制 标 准 与 校

13、 验 都是相 互 独立 的 。 标 准 增加了支持列 号 检查 。 甀 协议 辛 街 植煌 畔 燃 兜 腝 保 障，区 别不 同 业 务 机 制 也 采 用 机 制 竞 争 接为 ： 、 、 、 。 如图 帧 间隙 所 示， 后 立 即 访 问 信 道蠛蛙 介舟忙忙 初 始 化 然后 进行 重新 传输 。 传输 系统 同 时规定重传次 数的 最 大值 ，如果 超过重传次 数，那么 该 数据 帧 将 会被丢 弃 ，然后 等 待 发送下一 个数据 帧 。 在媒 介信 道竞 争 中，如果 优 先级 较 高的 竞 争 进入信 道获 得 信 道接 入，其它 的 处 于 静默 状 态，但是也 要 保 证

14、优 先级 最 高的 在优 先级 最 低 的 开 始 退 避 后 完成 信道竞 争 过 程 。 否则 优 先级 低 的 业 务 将 无 法得 到传输 。 柿 勘 窦 ，在设 置竞 争 媒 介信节 点 有 足 够 的 时间来 对 媒 介信 道进行 虚 拟侦 听 工 作。如图 所 示， 连 续帧 传送经过 一 次 持续时间后 ，接 下来 节 点重新 开 始 竞 争 媒 介信 道，此 时节 点 在侦 听 信 道经过 时间差 【 后 ，节 点 开 始 进行 下一 帧 的 发送。 这 样 每 次 发送的 时候 有 效 的 减少了竞 争 期的 时间，提 高了传输 的 效 率，提 升了系统 的 吞吐 量 的

15、可 以 进行 多 重帧 的 连 续发送，如果 节 点 中相 同 的 一 个 发送 点 空闲状 态持续时间达 到 ，节 点 既 不 需 要 等 待 ，也 不 需 要 竞 争 进入信 ； 第 三章 模型 分 析量 的 值 。 竞 争 窗 口 的 大小，也 称为 退 避 窗 ，在协议 穑琽 ： 【 尸 】 彳 一 鶳 。 “， 。 鞘 毖 印 在该 链 中，一 步非空转移 概 率可 以 表 示为 ：尸 ，一 ， 。尸 ，一 ， 。 ， ， 以 。 啤 。 仆 妫 。 形 见 一 鹨 把表 达 式 和 代入到 中，则 有 ： 图 疌 传输 模式 下覆盖节 点 和 隐藏 节 点 的 冲突 时期 从 图

16、和 图 可 以 看 出 ，对 于 隐藏 节 点 来 说，冲突 时期 扔 赗 帧 时 冲突 时期的 碰 撞 过 程 稰 对 于 第 一 个条 件 ，如果 节 点 在上 一 个厶时隙 时间段 内 开 始 有 错 误 的 传输 之进行 传输 的 概 率，因此 ，在第 三维 随机 变 量 “ 的 条 件 下，每 个节 点 的 退 避 计时器递 减并 且 节 点 的 状 态转移 到新 的 状 态的 概 率，可 以 计算 得 到： 冲突 时期的 碰 撞 概 率 一 一 印 一 七 一 可 以 表 示为 ： 一 一 暌 籰 蛞 籌 口 啤 。 。 啤 ， 籮 一 川 ，三一 川 后米 刀 竺一 一 只 只

17、恢 只 疋 第 四章 协议 分 析 与简 介 协议 的 优用 提 出 的 新 三维 离 散时间的 链 模型 来 分 析 的 退 避 机 制 ，在该 链 中，一 个时隙 是用 来 表 示连 续的 两次 退 避 计时器开 始 之 间的 时间间隔， 标 准 中假设 为 一 个 蝡 多 荜剩 籌 省 緊，所】 ， 【 危 ， 省 緊，以 】 。对 三维 的 链 状 态方程 求 解 可 以 得 到 初 始 状 态， 相 关参数 协议 相 对 于 一 兀 一 当 信 道处 于 忙的 状 态时，此 时节 点 侦 听 到媒 介信 道至少有 一 个节 点 在传输 数据 ， 叫兀 一 为 ： 其中特殊 型 网 络

18、 包 括独立 型 网 络 和 扩 展型 网 络 。为 与基本 服 务 组 不 同 的 是，它 是无 中心接 入点 的 标 准 的 夕 中称为 扩 展服 务 组 网络 。 、 隐藏 节 点的 范围 都是半径 为 常 数的 圆 形 。 在本 文 中，我 们 是使 用 环 形 的 拓扑 结构。 甊 腥 鲆 亟 诘 愫 个覆盖的 节 点 。以 接 入点 为 中心的 圆 周上 ，传输 距 离 范围 和 载波 侦 听 范围 值 都设 为 ，在这 。 对 应 的 隐藏 节 点 数分 别是 、 。 和 。 然而 在 疌 接 入访 问 中，相 同 的 条 件 下除 没有 隐藏 节 点 的 情况 下，其吞吐 量

19、的 值 明 显 超过 在 尤 敕 梦 省 诿挥 幸 亟 诘 愕那榭 鱿 拢琤 接 入访 问 的 吞吐 量 比 疌 接 入访 问 要 高约 。 整体 来 说，问 饱 和 的 吞吐 量 在含 有 和 鲆 亟 诘 愕那榭 鱿 卤 萣 接 入访 问 分 别要 高 浙江 理工 大学 硕 士 学 位 论 文一主一口七 图 疌 传输 模式 下节 点 数和 吞吐 量 之 间的 关系 图 疌 传输 模式 下归 一 化 提 交负载和 吞吐 量 之 间的 关系 仿真 分 析 模型 分 析 值 。别每 个节 点 吞吐 量 之 间的 关系。 相 互 比 较 作图分 析 可 见 图 和 图 。从 图中 可 以 看 出 仿

20、真 的 结果 与模型 分 析 的 结果 很 契合 。 对 于 竞 争 窗 口 较小的 数据 流通常 有 较 高的 业 务 量 。 随着 每 一 个接 入类 别的 节 点 数增加，每 个接 入类 别的 业 务 量 会随之 减少，这 是因为 节 点 的 数量 过 多 会导致 信 道的 竞 争 更加激烈。 从 图 可 以 看 出 虯 有 着 相 同 的 竞 争 窗 口 大小，相 比 较 较表 参数设 置 】 图 和 尘 的 分 析 值 和 仿真 值 之 间的 关系 型 在四种模型 的 分 析 值 和 仿真 值 之 间的 对 比 无 线 局 域 第 六章总结与展望进的 建议 并 详 细 分 析 影响

21、无 线 局 域 网 网 络 性能 的 各 种因素。 本 文 的 主 要 研究在以下几 个方面 ： 进一 步工 作展望 鉊 协议 和 效 应 问 题，还 有 很 多 问 题没有 考 虑 比 如在实 际 网 络 中无 线 媒 介信 道随时间的 衰 浙江 理工 大学 硕 士 学 位 论 文 琋 琕 甀 ， 垦 钗 蓝 斫 澹 钛 腔裕 诜 肿榈 酱锫 实 珼 ， ： 珺 ， 猻 甀 疉 【 】 甈 ： 【 】 ， ， ： ， ： 甋 甀 ， ， 甈 琍 ， ： 珺 ， ， 【 ， ， ， ， 浙江 理工 大学 硕 士 学 位 论 文 ： 琌 琇 珼 珺 ， ： 甀 琈 琎 琋 ， ， 甒 甆 ， ： 一 縀 ， ： ， ， ： ， 籰 琀 ， ， ： ，