IEEE 802.11无线通讯协议的建模与性能分析

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无线局域网(WLAN)由于具有安装便捷、使用灵活及易于扩展等优点,逐渐在变动频繁以及不便布线的环境中成为最佳的网络部署方案,广泛应用于学校、机场及流动办公等场合。而性能良好的无线通讯协议是WLAN的基础,IEEE802.11系列协议,尤其是IEEE 802.11b,由于其带宽高、频段通用等突出的优势已成为WLAN无线通讯协议的主流。由于无线信道的带宽资源非常有限,如何对无线通讯协议的性能进行有效分析,以便对协议进行改进以提高其性能,是无线网络研究领域中的一个热点。 前人针对IEEE 802.11协议做了大量研究工作,尤其集中在对协议中DCF机制的性能分析与改进,但是大多数研究只是针对某一方面展开,缺乏系统性。另一方面,研究中所采用的场景以ad hoc网络为主,对带有基础设施的网络下协议性能分析较少。本文采用建模仿真的方法,对ad hoc模式和带有AP的WLAN两种场景下的IEEE 802.11协议性能进行了全面系统的分析。以POOSL语言作为建模工具,基于软/硬件工程(SHE)方法建立了IEEE 802.11协议的性能抽象模型。在建模过程中,使用802.11b 11Mbps的信道容量,重点解决了无线信道的仿真等难点问题,准确模拟了DCF的两种工作方式(基本方式和RTS/CTS)。并从行为验证和理论值验证两方面验证了模型的正确性,通过模型的模拟执行,分析了相关参数(站点个数、竞争窗口大小、帧的长度)对协议性能指标(有效吞吐量、平均延时、发送碰撞概率和带有基础设施网络中上下行吞吐量公平性)的影响,并得出了不同站点下使系统有效吞吐量达到最大的竞争窗口的最佳取值。 本文的模型可以直接应用于支持IEEE 802.11无线通讯的嵌入式系统模型中,从而在系统设计早期,通过分析相关的性能指标,得到合适的设计方案,能够节约开发时间,降低成本。因此本文的工作对无线通讯类嵌入式系统的设计开发也有重要的参考意义。
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