无线局域网接入机制的稳定性分析和优化

发布时间：2017-08-18 08:02

  本文关键词：无线局域网接入机制的稳定性分析和优化

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【摘要】：在社会信息化发展的推动下,无线局域网的优势日趋明显,已经覆盖了校园、商场、车站、机场、办公场所等人们日常活动范围。支持无线局域网的设备已经成为智能手机、PAD等数字设备标准配置。近年来,随着无线技术和移动互联网的发展,无线局域网的应用不断扩展,从一般的社交应用逐渐延伸到特殊的专用领域,例如智慧交通、工业控制、车载网络等各个方面,人们享受着无线局域网带来的便捷和好处。在无线局域网中,IEEE 802.11协议定义了WIFI的物理层和MAC(介质访问控制)层,用于在不可靠的媒介下,提供可靠的数据传输。IEEE 802.11 MAC层的协议主要采DCF(分布式协调功能)机制,它是基于CSMA/C A(载波监听／冲突避免)与虚拟载波侦听相结合协议机制,并通过二进制指数退避算法来实现不同节点的访问控制。研究和实际情况表明,对于具有大量数字设备和无线接入器(AP)组成的复杂网络,由于无线链路的可靠性受到诸多因素的影响,进而DCF协议的不稳定性难以满足网络可靠的数据传输。为了解决无线局域网络中数据传输的可靠性和稳定性问题,本文从MAC层和应用层两个方面进行改进。首先对MAC层的协议进行深入的研究,提出了一个改进的MAC层协议。然后在应用层面实现了一个基于TDM(时分复用)模式的网络接入方式,避免了接入设备的过度信道竞争,和ACK信号不能及时接收的问题。论文的主要工作有：(1)针对IEEE802.11DCF的CSMA/CA机制的竞争窗口调整策略,提出了一种退避算法(HBDCF)。算法利用了TCP拥塞控制的机制,发送失败时,竞争窗口采用先指数增长,达到阈值后线性增长；发送成功次数达到函数值时,竞争窗口采用先线性递减,后指数递减的方式。该协议能够有效地降低DCF碰撞概率和网络延时,提高系统的性能。(2)为了验证HBDCF算法的性能,建立了一个二维Markov chain模型对协议进行理论分析,并且通过OPNET网络仿真工具对HBDCF算法的碰撞概率、吞吐量和网络延时进行了仿真研究。(3)在网络层,提出了一种TDM模式的网络接入机制。利用OpenWrt开源嵌入式操作,在RT5350硬件平台上,实现了该算法。把算法应用于招生考试系统,对系统的功能和性能进行了测试,验证了系统的可靠性和有效性。
【关键词】：无线局域网 IEEE 802.11 OPNET仿真 TDM OPENWRT
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925.93
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 课题研究背景和来源12-14
• 1.2 课题研究意义14
• 1.3 论文主要工作及组织结构14-17
• 1.3.1 论文主要工作14-15
• 1.3.2 论文组织结构15-17
• 第二章 无线局域网可靠性分析17-21
• 2.1 无线招生考试系统简介17-18
• 2.2 系统存在问题原因分析18-20
• 2.2.1 无线终端接入网络过程分析18-19
• 2.2.2 原因分析19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第三章 IEEE802.11MAC层协议和TDM模式分析21-35
• 3.1 IEEE802.11标准简介21-24
• 3.1.1 IEEE802.11标准系列21-22
• 3.1.2 IEEE802.11拓扑结构22-24
• 3.2 IEEE802.11MAC层协议概述24-27
• 3.2.1 IEEE802.11MAC帧格式25-26
• 3.2.2 IEEE802.11MAC帧间间隔26-27
• 3.3 IEEE802.11MAC层DCF工作原理27-32
• 3.3.1 CSMA/CA接入机制27-28
• 3.3.2 二进制指数退避BEB28-30
• 3.3.3 DCF信道接入模式30-32
• 3.4 TDM模式工作原理32-34
• 3.4.1 TDM原理32-33
• 3.4.2 MAC层TDM协议研究33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 IEEE802.11DCF退避算法分析及优化35-52
• 4.1 IEEE802.11MAC国内外研究现状35-37
• 4.1.1 IEEE802.11MAC层性能分析的研究现状35-36
• 4.1.2 IEEE802.11MAC层退避机制优化的研究现状36-37
• 4.2 算法设计思想及理论模型介绍37-44
• 4.2.1 HBDCF算法设计思想介绍37-39
• 4.2.2 Markov Chain模型分析39-43
• 4.2.3 饱和吞吐量的计算43-44
• 4.3 HBDCF算法的理论计算和仿真分析44-50
• 4.3.1 碰撞概率理论仿真分析44-45
• 4.3.2 OPNET仿真机制45-47
• 4.3.3 OPNET仿真分析47-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 基于OPENWRT的TDM模式实现52-66
• 5.1 路由器平台介绍52-55
• 5.1.1 硬件设备介绍52-53
• 5.1.2 OpenWrt操作系统介绍53-55
• 5.2 基于TDM模式的招生考试系统实现55-60
• 5.2.1 路由器实现57-59
• 5.2.2 安卓端App实现59-60
• 5.3 系统测试实验及结果分析60-65
• 5.3.1 实验环境60-61
• 5.3.2 无线组网功能测试61-64
• 5.3.3 系统性能测试64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 论文总结66
• 6.2 论文展望66-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 梁欢;赵凯瑞;兰其龙;杨鑫;魏紫阳;周月明;;TDMA原理在机载数据采集系统中的应用[J];计算机科学;2013年S2期

2 钟萍;施海彬;庄玉祥;石江宏;陈辉煌;;IEEE 802.11 DCF协议性能分析模型[J];应用科学学报;2013年01期

3 李U，

本文编号：693455