802.11无线局域网的自适应链路控制研究

发布时间：2017-10-12 21:29

  本文关键词：802.11无线局域网的自适应链路控制研究

  更多相关文章： 无线局域网 自适应链路控制 频谱感知 调制解调方案 传输机会 保护间隔模式 竞争窗长

【摘要】：近年来,IEEE802.11无线局域网已逐渐成为解决大中型企业办公、密集城区热点等规模部署场景的重要方法。由于无线局域网使用了非授权频谱,在规模部署中容易受到来自其他无线设备、通信系统的干扰;且无线局域网是时分通信系统,而802.11协议在链路控制上没有统一的实施技术规范,多用户并发的碰撞和干扰对系统性能的影响十分突出。因此,如何在规模部署场景下降低干扰和提高系统性能成为无线局域网产业和技术发展面临的主要问题之一。论文结合作者所在单位工程项目需要,系统地阐述了802.11链路控制技术的框架,建立了无线局域网的链路数学模型,围绕物理层速率、传输误码率和有效传输时间占比三个链路要素,开展自适应控制技术研究。针对非授权频谱带来的系统外干扰问题,研究传输信道控制,以避免干扰,降低传输误码率;针对链路状态的时变特征,研究传输方案控制,探索提升物理层传输速率及进一步降低误码率的方案;针对多用户间碰撞及干扰带来的系统性能下降问题,研究传输时机控制,以延长有效传输时间,减少碰撞概率,提高信道利用率。主要的研究内容和成果包括:1.提出了一个基于频谱感知网络的无线局域网传输信道优选模型,利用感知网络分布计算、系统综合的特点,提升整个无线局域网的频谱感知能力。该模型设计了感知节点和汇聚节点,定义了节点之间的通信流程;将感知结果汇聚到中心控制节点后,利用着色理论和模拟退火算法对汇聚的感知结果进行联合计算,得到传输信道组合的最优解,并通过网络调优机制,对整个无线局域网的信道组合进行自适应调整。实验证明,相对无频谱感知能力和仅AP(Access Point)具备频谱感知能力的信道优选方法,该模型具备更准确的频谱感知能力和自适应调整能力,能够减少无线局域网的系统外干扰,降低传输误码率,实现网络性能的提升。2.提出了一种基于Minstrel算法的自适传输方案选择方法,主要包括①SNR(Signal to Noise Ratio)校准机制,利用周期性探测算法,实现对下行SNR的更为准确的估计,提升MCS选择的合理性。②MCS(MCS,Modulation and Coding Scheme)保护机制,通过定义MCS选择经验表,利用MCS选择的先验信息并设计相应的映射算法,解决MCS选择中常见的误调和掉底问题,保护物理层速率。③多空间流自适应MCS选择机制,通过Multi-Armed Bandit学习方法,自适应的选择调制解调及多流传输方案,解决多空间流下MCS选择不合理的问题。实验证明,该方法能够在规模部署,干扰、碰撞频繁的场景下,改善MCS选择的合理性,提升网络的整体性能。3.提出了一系列传输时机相关MAC层参数自适应技术,主要包括:①自适应TXOP(Transmission Opportunity)选择技术,根据各种业务组合场景下TXOP值的最优解理论,基于数据发送队列长度,自适应的选择TXOP Limit参数,使高优先的用户或业务的数据队列能够获得更为及时的调度,提升无线局域网络的Qos保证能力,提高空口资源的利用率。②自适应竞争窗长选择技术,根据不同竞争窗长参数在不同并发用户规模下表现的差异化,联立虚拟碰撞概率和信道利用率,自适应的进行竞争窗长参数选择,实现预期吞吐率最优,有效提升网络在规模部署、多用户并发业务场景下的性能。③自适应保护间隔(GI,Guard Interval)模式选择机制,提供了一种可以根据信道相关性自适应选择Short GI和LongGI的算法流程,实现GI模式的动态选择,延长有效传输时间,改善系统性能。论文所提出的主要技术方案已在作者所在单位的商用系统中使用,并成功应用于规模部署场景。
【关键词】：无线局域网 自适应链路控制 频谱感知 调制解调方案 传输机会 保护间隔模式 竞争窗长
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925.93
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 802.11无线局域网概况11-12
• 1.2 无线局域网在规模部署中面临的挑战12-15
• 1.2.1 规模部署及特点12-13
• 1.2.2 规模部署面临的问题13-15
• 1.3 无线局域网的链路控制技术研究现状15-19
• 1.4 论文结构及内容安排19-21
• 2 无线局域网链路控制技术分析21-47
• 2.1 802.11协议基础22-35
• 2.1.1 网络架构22-24
• 2.1.2 物理层24-25
• 2.1.3 MAC层25-30
• 2.1.4 MAC层增强技术30-35
• 2.2 无线局域网链路控制技术35-45
• 2.2.1 技术框架35-36
• 2.2.2 链路控制技术的目的及理论依据36-40
• 2.2.3 链路控制技术的协议实现40-45
• 2.3 小结45-47
• 3 基于频谱感知网络的自适应信道选择研究47-65
• 3.1 引言47-48
• 3.2 系统拓扑48-49
• 3.3 基于频谱感知网络的自适应信道选择方案49-58
• 3.3.1 协同频谱感知49-51
• 3.3.2 节点设计51-54
• 3.3.3 节点通信流程54-55
• 3.3.4 网络调优55-58
• 3.4 性能分析58-63
• 3.4.1 实验场景58-60
• 3.4.2 频谱感知能力对比60
• 3.4.3 系统性能评估60-63
• 3.5 小结63-65
• 4 基于Minstrel的自适应传输方案控制研究65-87
• 4.1 引言65-67
• 4.2 增强AMC方案67-79
• 4.2.1 Minstrel算法67-70
• 4.2.2 SNR校准机制70-72
• 4.2.3 MCS保护机制72-75
• 4.2.4 多空间流自适应MCS选择机制75-79
• 4.3 性能评估79-86
• 4.3.1 隐藏节点碰撞场景评估80-82
• 4.3.2 多用户碰撞场景评估82-84
• 4.3.3 多流自适应的仿真评估84
• 4.3.4 实际部署评估84-86
• 4.4 小结86-87
• 5 MAC层传输时机自适应控制研究87-111
• 5.1 引言87-88
• 5.2 基于队列长度的自适应TXOP技术88-98
• 5.2.1 TXOP对WLAN系统性能的影响评估88-92
• 5.2.2 自适应TXOP方案92-96
• 5.2.3 性能评估96-98
• 5.3 基于虚拟碰撞概率的自适应竞争窗长技术98-103
• 5.3.1 竞争窗长对WLAN系统性能的影响评估98-100
• 5.3.2 竞争窗长自适应方案100-102
• 5.3.3 性能评估102-103
• 5.4 基于信道相关性探测的自适应GI技术103-109
• 5.4.1 GI参数选择对WLAN系统性能的影响评估103-104
• 5.4.2 自适应GI方案104-107
• 5.4.3 性能评估107-109
• 5.5 小结109-111
• 6 结论及未来展望111-115
• 6.1 结论111-112
• 6.2 研究展望112-115
• 致谢115-117
• 参考文献117-125
• 附录125
• A. 作者在攻读学位期间发表及录用的论文目录125
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目125

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本文编号：1021016