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无线分组网络中MAC层协议的分析与设计

谢海波  
【摘要】:无线分组网络是当今通信业的发展热点。以IEEE 802.11协议为基础的Ad Hoc网络,无线局域网等网络形式被工程领域和研究领域学者所广泛关注。本文主要研究无线分组网络中MAC层协议的分析和设计,并针对Ad Hoc网络,无线局域网提出了一系列新的协议。本文的主要成果为: 1.针对多跳Ad Hoc网络,提出了一种联合路由层信息设计的MAC层协议。该协议结合了由发送端发起握手(sender-inititated)和由接收端发起握手(receiver-initiated)两种类型MAC的优点,通过节点传递路由信息,有效的减少了握手帧的开销。同时,天线转换时间等网络开销得到有效遏制。仿真表明此MAC机制最高可提升16%的系统吞吐量。 2.在联合路由层信息设计的MAC协议基础之上,我们针对车载环境提出一种新的优先级区分机制。受IEEE 802.11协议帧突发机制的启发,本协议在收发节点间按照最短帧间隙SIFS(Short Inter Frame Space)进行节点间的帧传递,此操作被命名为“帧接力”。通过路由层信息和业务优先级,中间节点被人为引入“接力中断”操作,从而实现优先级区分机制。此机制可与其他QoS机制如IEEE 802.11e进行协作。仿真表明此机制的有效性。 3.IEEE 802.11无线局域网已经开始支持物理层多速率能力,并由此带来一些性能问题:如大量小数据包引起信道利用率降低、慢节点的存在使得各种速率节点产生相同的吞吐量。针对上述问题,我们提出动态帧封装算法(Dynamic FrameAggregation,DFA)。此算法重定义了各速率条件下的最大节点帧长度,提出双向帧封装机制用于非饱和场景和TCP业务的性能提升,并引入“比例因子”进行上下行链路的业务协商。通过理论分析和仿真证明,此机制避免了慢节点带来的系统不规则(Performance Anomaly)现象。在各种负载情况下,系统吞吐量得到显著提升,尤其针对TCP业务而言,此算法较其他算法有明显的性能改进。


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