MU-MIMO WLAN系统上行信道接入机制的研究

发布时间：2017-12-13 18:18

  本文关键词：MU-MIMO WLAN系统上行信道接入机制的研究

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【摘要】：随着智能终端的快速发展以及多媒体业务的广泛应用,无线网络需求急剧增长。为了进一步提升无线局域网(wireless local access network,WLAN)系统性能,缓解无线资源不足的现状,IEEE 802.11ac标准中引入了多用户多输入多输出(multiple-user multiple-input-multiple output,MU-MIMO)技术。该技术能够利用空间复用增益提高系统容量,因此MU-MIMO WLAN系统的研究成为研究重点,特别是允许多个用户同时进行传输的高效信道接入机制的研究具有重要的理论意义和现实价值。现有MU-MIMO WLAN系统上行信道接入机制在数据传输完成之后才能得知当前传输中是否产生碰撞,由碰撞导致的失败传输会造成信道资源的占用浪费,尤其是当用户数较多时碰撞频发,会带来系统效率的严重下降。因此,研究在碰撞产生时及早停止当前传输的信道接入机制,减少失败传输对信道资源的占用浪费,是MU-MIMO WLAN系统的研究重点和研究难点。本文就此问题展开研究,主要工作及创新点如下所述:1.提出了基于周期性检测的随机信道接入机制。通过让第一个接入用户周期性地对信道碰撞情况进行检测,能够及时发现碰撞的产生,并通过通知其他用户停止当前传输,能够解决失败传输对信道资源占用浪费的问题,带来系统性能的提升。通过对所提信道接入机制的系统模型进行数学分析,得到了该信道接入机制下MU-MIMO WLAN系统的饱和吞吐量和平均时延。仿真实验验证了所提信道接入机制能够有效提升系统性能,特别是随着用户数的增多,其对系统性能的提升更加明显。例如当用户数达到50时,比现有基于CSMA/CA信道接入机制的饱和吞吐量提升了 78.57%,平均时延降低了 33.34%。2.提出了基于周期性检测的RTS/CTS信道接入机制。通过AP对RTS帧的检测,能够及时发现碰撞的产生,并通过通知其他用户停止当前传输,能够解决失败传输对信道资源占用浪费的问题,带来系统性能的提升。通过对所提信道接入机制的系统模型进行数学分析,得到了该信道接入机制下MU-MIMO WLAN系统的饱和吞吐量和平均时延。仿真实验验证了所提信道接入机制能够有效提升系统性能,当用户数较少时,其系统性能高于现有基于CB-CSMA/CA信道接入机制,低于基于周期性检测随机信道接入机制;随着用户数的增加,其对系统性能的提升显著,明显高于现有基于CB-CSMA/CA信道接入机制和基于周期性检测随机信道接入机制。例如当用户数达到50时,比现有基于CB-CSMA/CA信道接入机制的饱和吞吐量提升了 76.67%,平均时延降低了 43.34%;比基于周期性检测随机信道接入机制的饱和吞吐量提升了 9.82%,平均时延降低了 13.58%。3.研究了如何根据网络环境的变化优化使用上述基于周期性检测的随机信道接入机制和基于周期性检测的RTS/CTS信道接入机制,提出了针对MU-MIMO WLAN系统的混合信道接入机制。通过在网络连接的建立阶段对上述两种信道接入机制的系统性能进行分析比较,选择系统性能更好的机制作为当前的信道接入机制,能够有效适应网络环境的动态变化,获得更好的系统性能。4.研究了异构无线网络中的WLAN分流问题,应用所提信道接入机制系统模型的分析结果,提出了基于单个用户满意度的WLAN分流算法。实验结果表明,所提算法能够在兼顾网络传输能力的同时使用户的网络费用最低,与现有cellular-first分流算法和wlan-first分流算法相比具有更高的用户满意度。本文以提高MU-MIMO WLAN系统性能为目标,提出了基于周期性检测的随机信道接入机制和基于周期性检测的RTS/CTS信道接入机制,能够有效减少无效传输过程对信道资源的占用浪费,提升系统性能。纵向上,将两种信道接入机制的优点融合成能够动态适应网络环境变化的混合信道接入机制;横向上,将所提信道接入机制的理论模型应用于异构无线网络,设计实现了具有更高用户满意度的WLAN分流算法。因此,本文的研究内容具有一定的理论意义和应用价值,可为MU-MIMO WLAN系统上行信道接入机制的研究提供新的思路,并应用于解决异构无线网络中的WLAN分流问题。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN925.93

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本文编号：1286120