IEEE802.11 MAC协议及其多业务性能分析

发布时间：2017-10-14 00:38

  本文关键词：IEEE802.11 MAC协议及其多业务性能分析

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【摘要】：随着无线通信技术的高速发展,无线局域网作为移动通信的一个重要分支已经充分融入进当今社会生活中,极大地改善了人们的生活方式。MAC层是实现无线局域网数据可靠传输的基础,对整个网络性能起着决定性的影响。因此,对无线局域网MAC层协议性能的分析以及不同的业务传输协议对MAC层性能的影响一直是计算机与通信领域研究的热点之一。此外,由于无线局域网共享信道的工作方式,当多个WLAN共存时,单个WLAN的性能势必会受到同一空间下其他WLAN的影响。在多WLAN共存场景下,无线局域网的干扰分析成为无线网络应用过程中不可避免的研究问题之一 WLAN的物理层和MAC协议均采用IEEE802.11系列标准。网络中的无线终端采用竞争的方式获得信道的使用权,在MAC层数据传输主要依据DCF协议规范。本文对DCF协议实现过程进行理论分析建模,考虑到实际网络并不总是处于饱和状态,本文提出了一种改进型的数学模型。该模型增加对了终端业务数量和MAC层队列长度的分析,并考虑了退避计时器冻结和重传次数有限的情况。基干所提出来的改进模型,分析了无线局域网的吞吐量,时延和丢包率性能。通过MATLAB和OPNET对无线局域网DCF进行理论和实际仿真,验证了模型的正确性。随后,在此模型的基础上,考虑实际网络传输层业务的多样性,将UDP和TCP两种传输层协议的实现流程与MAC层DCF过程结合起来,提出了基于UDP传输和TCP传输下的网络理论分析模型,并通过仿真比较了两种协议在MAC层上的性能表现。最后,将WLAN应用于CBTC数据通信系统中,分析了CBTC系统采用WLAN的可行性和网络性能；并对地铁上乘客使用Wi-Fi上网活动对CBTC系统的干扰情况进行仿真,结果表明当Wi-Fi网络达到一定规模时CBTC系统网络性能明显下降,造成地铁无法正常运行。
【关键词】：无线局域网 802.11 DCF CBTC
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 无线局域网概述9-11
• 1.1.1 无线局域网定义及传输方式9-10
• 1.1.2 无线局域网组网方式10-11
• 1.1.3 无线组网优点11
• 1.2 IEEE802.11标准11-13
• 1.2.1 IEEE802.11体系结构11-13
• 1.2.2 IEEE802.11物理层13
• 1.3 802.11MAC子层协议13-18
• 1.3.1 载波侦听多址访问/碰撞回避(CSMA/CA)机制14-15
• 1.3.2 帧间间隔15-16
• 1.3.3 随机退避机制16
• 1.3.4 分布式协调功能(DCF)16-18
• 1.4 CBTC车地通信系统18-20
• 1.5 论文的研究内容和工作安排20-23
• 第二章 IEEE802.11 DCF协议性能分析建模23-39
• 2.1 802.11bDCF协议分析模型24-28
• 2.1.1 三维Markov模型24-27
• 2.1.2 Markov链路稳态概率求解27-28
• 2.2 性能分析模型28-32
• 2.2.1 IEEE802.11b数据帧结构分析28-30
• 2.2.2 IEEE802.11bDCF归一化吞吐量分析30-31
• 2.2.3 IEEE802.11b介质访问延迟分析31-32
• 2.2.4 MAC层丢包率分析32
• 2.3 模型验证与仿真结果分析32-37
• 2.3.1 仿真工具简介32-33
• 2.3.2 仿真结果分析33-37
• 2.4 本章小结37-39
• 第三章 基于WLAN的地铁CBTC系统业务仿真39-51
• 3.1 CBTC无线传输可靠性分析39-41
• 3.1.1 CBTC无线传输衰落模型39-40
• 3.1.2 CBTC无线链路预算估计40-41
• 3.2 CBTC无线传输协议分析41-42
• 3.3 基于UDP协议的单CBTC系统网络性能分析42-45
• 3.3.1 饱和吞吐量分析42-43
• 3.3.2 连续丢包分析43
• 3.3.3 仿真结果分析43-45
• 3.4 基于TCP协议的单CBTC系统网络性能分析45-50
• 3.4.1 无线TCP协议原理45-46
• 3.4.2 基于DCF下TCP性能分析46-49
• 3.4.3 仿真结果分析49-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 CBTC与Wi-Fi干扰共存分析51-59
• 4.1 同信道干扰产生原理51-53
• 4.1.1 单信道响应51-53
• 4.1.2 同信道干扰53
• 4.2 CBTC与Wi-Fi共存干扰建模53-56
• 4.2.1 CBTC与Wi-Fi网络模型简化53-55
• 4.2.2 CBTC饱和吞吐量分析55-56
• 4.3 仿真结果分析56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 参考文献61-63
• 附录 缩略语表63-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间发表的学术论文66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 高峰;高泽华;文柳;张兵;徐大雄;;IEEE 802.11a DCF协议吞吐量与时延性能分析[J];北京邮电大学学报;2010年06期

2 茹强;戎蒙恬;;802.11b无线局域网信道间干扰的研究[J];信息技术;2007年12期

3 伍俊洪,杨洋,李惠杰,林孝康;网络仿真方法和OPNET仿真技术[J];计算机工程;2004年05期

4 杨光松;肖明波;张静;;基于IEEE802.11b的无线Mesh网中信道分配策略的分析及仿真[J];厦门大学学报(自然科学版);2008年03期

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本文编号：1028052