基于动态用户集的大容量MAC协议研究与应用

发布时间：2020-06-15 23:19

【摘要】：WIFI由于具有低成本、高速率、使用便捷等优势,已经成为人们生活中必不可少的一部分。随着无线智能终端的爆发增长以及移动互联网的快速发展,人们对于WIFI的连接需求越来越大,WIFI网络密集用户场景越来越普遍。在大型会议室、高校教室、飞机场、火车等人员密集的场景单个AP覆盖范围内往往有100至200人需要通过WIFI接入互联网。由于WIFI在MAC层接入机制采用CSMA/CA机制,该机制只支持单用户接入和单用户数据传输,即同一时刻只允许一个用户传输数据。并且一旦用户接入就不会退出并且对接入的用户分固定的带宽,但是数据的产生往往具有很大的随机性,在用户闲置时,将产生信道利用率低、带宽闲置严重等问题,所以本文对802.11协议MAC层机制做出了改进提出了一种动态的用户接入管控方法。本文基于现有的802.11协议,提出了一种基于动态用户集的大容量MAC协议。该协议的系统架构由路由器、移动终端、PC端、服务器四部分组成,各端根据动态用户集的大容量MAC协议进行通信。当用户处于闲置状态时,仍然占用着用户数资源。动态用户集的大容量MAC协议将闲置用户断开连接,以供有数据需求的用户接入,通过这种协议能在短时间内连接大量用户。本文对基于动态用户集的大容量MAC协议进行了数学建模和性能分析,仿真结果表明该协议能有效提高WIFI系统可接入用户数和信道利用率。本文还对基于动态用户集的大容量MAC协议进行了软件实现,利用OPENWRT路由器操作系统,在wndr4300硬件平台上实现了该协议并对该系统的功能和性能进行了测试,测试结果表明该协议在短时间内提供了大量用户的连接,验证了该协议的有效性。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN92
【图文】：

场景,公寓楼,火车车厢,体育场

ＳＴＡ１逦ＤＡＴＡ邋ｔｏ邋ＡＰ逡逑图２．５邋ＰＣＦ轮询逡逑２．３现有８０２．１１协议应用与密集场景下容量分析逡逑２．３．１邋ＷＩＦＩ密集场景逡逑逦表２－１邋ＷＩＦＩ密集场景逦逡逑￣￣￣￣逦￣￣￣ＡＰｓ＂逦ＳＴＡｓ逦福述逡逑＞！000逦＞５００００逦大规模赛事，需要大量ＡＰ提供ＷＬＡＮ覆盖，逡逑为视频服务提供上传与下载逡逑列车车厢逦＜１0逦＞１０００逦为一列列车车厢内的用户提供网络接入服逡逑务，车厢内ＳＴＡ密集逡逑公寓楼逦＞１００逦＞３００逦公寓楼内部署大量ＡＰ，每个ＡＰ覆盖的范围较逡逑逦小，ＡＰ之间存在较强的干扰逦逡逑ＷＬＡＮ邋ｃｏｖｅｒａｇｅ邋ａｒｅａ逦＇逦＞邋＾邋、义逦、＜？逦、NB逦、NB逦、逡逑＾、［ｐ．ｇ0邋ａＳ邋ａｂ邋ｓｌｅ．ｇｆｉ邋Ｂｐ邋ｇｂ邋ｎｌ６．－ｐ５邋３0逦一１邋］逡逑＾邋＾＾邋ｆｂ）逡逑丨＇，之＾邋ｙＶＸｘＸ＇ｉ逦Ｓｈｏｒｔ－ｒａｎｇｅ邋ＷＬＡＮ邋，一、、逦一逡逑、一、一、一、一逦产二广：．九二」…．」？邋—１￣；！逡逑Ｖ＿＿邋．Ｖ－、丁逦、、＿邋＿邋’逦、逦Ｊ逡逑（ａ）逦、一，逡逑Ｉｃ）逡逑图２．６邋ＷＩＦＩ密集场景逡逑图２．６描述的三种场景：体育场，火车车厢和一栋公寓楼。在这些密集场贵逡逑中

场景,碰撞概率,容量不足,信道资源

与用户数量关系不大，始终维持在一个比较高的水平。由此可以看出在密集环境逡逑时，使用ＲＴＳ／ＣＴＳ机制有助于提高系统吞吐量。逡逑图２．８说明了每个节点发送数据包的碰撞概率和ＳＴＡ的数量的关系，当用户逡逑数越多的时候，碰撞概率越大，例如当节点数为５的时候碰撞概率不到２０％而当逡逑节点数为２０的时候，碰撞概率己经达到４０％。说明此时信道竞争激烈，同时存逡逑在多个ＳＴＡ退避到０，同时发送数据包产生碰撞的情况很常见，信道资源被用来逡逑重传数据包，导致信道资源利用率低下。图２．９说明发送概率随着ＳＴＡ数量增加逡逑而减少，当ＳＴＡ数量为５时，发送概率为０．０４７，而ＳＴＡ数量增加到５０时发送逡逑概率只有0．0１５。发送概率的降低说明单个用户对信道的使用频率降低，单个用逡逑户信道利用率下降。逡逑２．３．３密集场景下ＷＩＦＩ容量不足原因分析逡逑在这些密集场景下，引起无线局域网容量不足的原因有相邻小区的信道重叠逡逑使用而导致的共道千扰和邻道干扰

【参考文献】