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无线局域网MAC层协议的性能研究
北京邮电大学 硕士学位论文 无线局域网MAC层协议的性能研究 姓名：李政东 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：尹长川
托寨邮电丈学瑚七掌链论文接婺无线局域网ＭＡＣ层协议的性能研究摘要无线两域霹是瓣年代计纂橇瓣络与无线遭信技术獯结合的产物，它提供了使用无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的遴信，著为通信酶移动化、个人他秘多媒蒋鹃波耀提供了潜在麓手段。无线局域网作为当前通信技术发展的一个热点方向，人们在这一领域战臻究方兴未艾。本瓣论文主要对８０２。ｌｌ燹线蜀域网中豹ＭＡＣ鼷协议进行了探讨和研究。在介缨背景知识稠比较现有技术的基础上，本文酋先相细细阐述了无线传输的特点以及这些特点对于运属在无线网络中的ｇＡＣ协汉的影响。然后对现有的各种运用在无线网络环境中的Ｍｌ！Ｌｃ协议进行姻 绒总结，通过仿真，分析了这些隧祝竞争ＭＡＣ协议豹性麓鞠特点，讨论了适用于在无线局域网下的ＭＡＣ协议。对于目前处于主流地位的 ８０２。ｌｌ禄难中酶ＭＡＣ层耧秘瑾爨黪关键技术进霉亍了详缨介绍。在以上研究的基础上，本文对８２．１１的ＭＡＣ层所采用的ｅＳ瑟盎／，啜＋躲Ｓ／ｅ霉Ｓ＋Ａｅｉ（貉议进行了耋点分析，建立了基于该耱议的傍真模型，描建了仿真平台，深入地探讨了此协议在ＷＬＡＮ中的性能及 实用性；蘧点分析了协议的吞吐量、时延及抗隐藏终端润题的性能， 探讨了协议中有关算法的选择和参量的设鬣对协议性能的影响。 通过对不同条件下的仿真的结果进行分析和比较表明，北京帅ＩＵ大学硕士学位论文摘要ＣＳＭＡ／ＣＡ＋ＲＴＳ／ＣＴＳ＋ＡＣＫ协议具有吞吐量大、时延小、抗隐藏终端、带 终端能能力强的特点。最后提出了提高协泌性能的原则。关键词：８０２．１ ＩＷＬＡＮ，ＯＦＤＭ，ＭＡＣ协议，ＣＳＭＡ／ＣＡ北京邮电大学硕士学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＲＥＳＥＡＲＣＨ ０Ｎ ＭＡＣ ＰＲＯＴＯＣＯＬＳ ＦＯＲＷＬＡＮＡＢＳＴＲＡＣＴＷｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＷＥＡＮ），ａｓ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｒｏｍ ９０’ｓ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｃｈａｎｎｅｌ ｐｒｏｖｉｄｅｓｔｏａｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｕｓｉｎｇ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓｓｕｐｐｏｒｔ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，ａｎｄ ａｌｓｏａｌａｔｅｎｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ａｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ＷＬＡＮ，ａｓｈｏｔａｎｄ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｓｐｏｔ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ａｔｔｒａｃｔｓ ｍａｎｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｉｓ ｆｉｅｌｄ。Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ。Ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｏｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｎｔｈｅ ＭＡＣ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｕｓｅｄｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｓｕｍｍｅｄ ｕｐ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔＭＡＣ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓｕｓｅｄ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｓｏｍｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｍａｄｅｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ＭＡＣ ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ｈｏｗ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｉｌｌ ｂｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｆｏｒＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎｄ ｗｈｉｃｈ ｉｓＷＬＡＮ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＭＡＣ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ＰＨＹ ｌａｙｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ８０２．１ ｌ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ。靶衷海电丈学颤士学垃论文ＡＢＳＴＲＡｅＴＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｏｒｍｅｒｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｅｐｌｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅＣＳＭＡ／ＣＡ＋ＲＴ￥／ＣＴＳ＋ＡＣＫ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｏｄｅｌ，ｗｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄａｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ａｎｄ ｄｅｌａｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｏｔｈａｃｃｅｓｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆ ＤＣＦ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｈａｄ ａｌｓｏ ｇｉｖｅｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌｔＯｈａｎｄｌｅ ｔｈｅ ｈｉｄｄｅｎ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｈａｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃ０１． Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌｔｏ ｓｏｌｖｅｃｈｏｓｅｎｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅＣＳＭＡ／ＣＡ＋ＲＴＳ／ＣＴＳ＋ＡＣＫＣａｎａｃｈｉｅｖｅｈｉｇｈｅｒｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ，ｌｏｗｅｒ ｄｅｌａｙ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｃａｐａｃｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｔｈｅ ｈｉｄｄｅｎｔｅｒｍｉｎａｌｔｏｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ’ｓ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：８０２。１ ＩＷＬＡＮ，ＯＦＤＮ，ＭＡＣ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＣＳＭＡ／ＣＡ独创性（ｉｔ饲新性）声明本人声明所至交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标法秘致谢中所罗列的蠹容良羚，论文孛不 包含其他人已经发表戚撰写过的研究成槊，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教弯懿擒戆学链或诞书瑟搜建蓬熬毒｜糕。每我一嚣工佟戆弱悫黠本磅究瑟皴戆任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并袭示了谢意。申谤学位论文与资辩若育不实之处，本人承摆一甥蠼关舞任。本久签名；舀期：关于论文使黑授权的说明学位论文作者完全了解匏京邮亳大学有关保留和使用学位论文的规定，邵： 研究生猩校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校露权保韶并向豳家有必部门躐机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公毒学健论文熬全都或部分瞧窖，可戬兔谗采髑影印、蟪印竣其它、鬟制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后遵守此规定）保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密题适用本授权强。非保密论 义注释：本学位论文不属子保密范围，邋用本授权书。本人签名：日期：导｝攀签名：基赣：北京邮电大学硕士学位论文无线局域网ＭＡＣ层协议的性能研究第一章绪论无线局域网（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ，以下简称ＷＬＡＮ）是９０年代计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它提供了使用无线多址信道的一种有效方法来支持计算 机之间的通信，并为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手段。随着个人数据通信的发展，功能强大的便携式数据终端以及多媒体终端的广泛应用，为了实现任何人在任何时间、任何地点均能实现数据通信的目标，要求传统 的计算机网络由有线向无线，由固定向移动，由单一业务向多媒体发展，更进一 步推动了ＷＬＡＮ的发展。近年来，随着无线局域网标准、技术的发展，无线局域 网产品逐渐成熟，无线局域网得到了业界以及公众的热情关注，无线局域网的应 用也逐渐发展起来。相对于蓝牙、３Ｇ等无线技术，无线局域网正成为当前无线领域中一个引人瞩目的热点。ｌ＿Ｉ无线局域网的概念无线局域湖（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ）的概念怒相对于传统意义上的有线硒域网（ＬＡＮ）蠢富瓣。有线怒域霹羲是我销嚣蔫常见懿罴嗣毫缆、光终黎双绞线佟为数据黪羧 介质的网络。裔线局域蹭无法实现可移动的弼络通信，在某些情蕊下述存在着布 线繁琐、线路容易损坏、对地形要求高、嶷装复杂等缺陷。无线局域网是指无霈 稚线期采用无线传输夯质就Ｗ实现计算枫之间互联静网络，它是在有线局域网基 礤上发震超来靛，它不仅愚蠢线是域露载於充，嚣萎蒸逡雳范霭广泛，不毽琵谚 替代传统的物理布线，而且谯传统布线无法解决的环蟪或行业，都能够方便地组熬无线网络。豳前基于ＩＥＥＥ８０２．１ｌａ标准，采用正交频分复用（ＯＦＤＭ）编码方案数无线是域霹敬物理层速攀弼迭５４Ｍｂ／ｓ，是跬支撑接送广播级豹我渗频数握。 可以预见，无线局域网授术不仅将在广曦系统的办公自渤亿和智舱纯中发挥积极 的作用，而且墩将可能在视街频数据的传输中得到应用。此外，无线局域网已能 够懑过与广域网楣结合的形式提供移动曩联网的多媒体业务。无疑，在今后的网 络发震串，无线髑壤舞将戳窀蠡冬褒速健埝艉力霸灵潺镶发撵重要癸蠲。 Ｉ．２无线局域网的研究现状 ＩＥＥＥ８０２。ＩＩ委员会－７＝１９９７年６嚣翻定窭全球第一个无线爨壤列耩准ＩＥＥＥ８０２．ｉｌ。相继推出了新的离速标准８０２．ｉ Ｉｂ和８０２．１ １ａ两个新橱准，而且在前不久又推出了相当于前二者的混合标准８０２．１ｌｇ，使得ＷＬＡＮ的速度又向前迈 逃了～大步；瓣蔻豹无线弱域强效拳已经樱当戎熟，速率也从ＩＭｂｐｓ增长到了北京邮电大学硕士学位论文无线局域网ＭＡＣ层协议的性能研究５４ｍｂｐｓ。随着标准的发展与无线网络产品的成熟，未来的无线局域网将会在通信 的移动化、个人化和多媒体业务的提供等领域得到进一步的发展。将于２００５年 夏季完成的８０２．１ｌｅ标准，用于定义优先级，并为数据、语音和视频流量提供基 本的ＯｏＳ水平。下面对几种流行的无线局域网标准做个介绍。１．８０２．１１标准简介８０２．１ｌ是目前占据主流地位的无线局域网协议。 和其他ＩＥＥＥ８０２标准一样，８０２．１１协议主要是在ＩＳＯ协议的最低两层（物 理层和数据链路层）进行了一些规定。任何局域网的应用程序、网络操作系统或者是像ＴＣＰ／ＩＰ、Ｎｏｖｅｌｌ Ｎｅｔｗａｒｅ都能够在８０２．１１协议上兼容运行。８０２．１１定义了两种类型的设备，一种是无线终端站（也就是前文中所说的无线用户节点），另一种称为无线接入点（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ，ＡＰ），其作用是提供无线和有线网络之间的桥接。无线接入点类似于蜂窝无线网络中的基站，可以将多个 无线终端站聚合到有线的网络上。 ８０２．１ｌ定义了两种模溅：ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ模式和ａｄ ｈｏｃ模式。搬ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 模式中，无线网络至少有一个和有线网络连接的无线接入点，和一系列豹无线终 端菇。这释酝黉或妥一个慕零驻务集会（ＢａｓｉｃＳｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ，ＢＳＳ）。ＢＳＳ建８０２。ｌｌＳｅｒｖｉｃｅ中最基本的缡构模块，一个ＢＳＳ所覆盖的区域被称为旗本服务区域（ＢａｓｉｃＡｒｅａ，ＢＳＡ），ＢＳＡ与蜂窝移动系统中的蜂窝概念类似。两个或多个ＢＳＳ构成的 予丽称之烫扩攫蹑务集会（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ，ＥＳＳ），ＥＳＳ姆其中敷ＢＳＳ统一 起来组成一个分布系统（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 模式ｐｅｅｒｔｏＳｙｓｔｅｍ，ＤＳ）。Ａｄｈｏｃ模式（也称为点难点ｐｅｅｒ模式或ＩＢＳＳＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｂａｓｉｃ ＳｅｒｖｉｃｅＳｅｔ）是一种８０２．１１中的简单的系统构成方式，以这静方式连接熟设备之间叠攘之阕可以纛接进行通信， 褥无蔫经过一个无线接入煮来与毒线嬲络进行连接。这释方式辩予誉需要谤阕餐 线网络中的资源，而只需腰实现无线设备之间互相通讯的环境中特别有用。 ２．ＨｏｍｅＲＦ简介 ＨｏｍｅＲＦ王终组成立予１９９７年，麓由美嚣家震射频委虽会镁搏熬。它成立 的技术与商般动机和其张几项技术十分相似，其宗翳邂在消费者熊够承受的前撬 下，建设家臌语音、数据内联网。ＨｏｍｅＲＦ工作组予１９９８年制定了共享无线访 婀协议（Ｓｈａｒｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃａｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＳＷＡＰ）。该协议主要针对家庭无线局 域阏，采用篾纯的ＩＥＥＥ８０２．１１谤谈标潦秘ＤＥＣＴ。Ｈｏｍｅ ＲＦ工掺缀菸王俸频率 为２．４ＧＨｚ，支持语音和数精业务的传输。 ３．ＨＩＰＥＲＬＡＮ２简介ＨｉｐｅｒＬＡＮ２是鸯集团薅费老、公共帮家糕鄂凌提撰无线搂入裂因特两翻来来多媒F， 即实时视频服务。由欧洲电信标准化挤会（ＥＴＳＩ）的宽带无线魄接入两络（ＢＲＡＮ）小组着手制北京邮电大学硕士学位论文无线局域网ＭＡＣ层协议的性能研究定?已推出ＨｉｐｅｒＬＡＮｌ和ＨｉｐｅｒＬＡＮ２ ａ有人称ＨｉｏｅｒＬＡＮ２代表目前发展阶段的晟先进的ＷＬＡＮ技术，有人也耪淇为是下一代高速ＷＬＡＮ技术的标准，其工作在５ＧＨＺ，速率可达５４Ｍｂｐｓ。而且作为一种标准，特别是在欧洲它得到了业界的广泛支持。１．３本论文的主要工作及章节安排 无线局域网是当前通信技术发展的～个重骚方向。而其无线的传输方式使运 髑在无线霹终上豹ＭＡＣ臻毒义具鸾ｌ睾多独特熬。羧蒺。戈了瀵怒来亲爱线嚣域网懿 备种发展需求，需要对当前使用中的ＭＡＣ协议进行细致的分析与改进。本论文的 工作主要集中在鲡下方蟊：生要簪｝究无线网络静各种隧橇接入方式，重点磷究稻 分析ＩＥＥＥＳ０２．１ｌａ无线局域网ＭＡＣ层机制的性能，势且考虑到未来无线网络的 发展，提出了能够满足未来实时业务的茏线局域网ｇＡＣ的实蕊方式。 ◆详细阕述了戈线传输鲍特点（包括信道特点，传输特意以及运用中出现 的独特问题），以及这些特点对于运用在无线阿络中的ＭＡＣ协议的各种影稳；◆对现有的无线网络中的多址接入方式滋行归纳总结，对它们进行了理论 分析和性能彷真，学习对簇入褥议的磷究和分析翡方法； ◆详细介绍了靼前处于主流地位的８０２．１１标凇中的物理层和姒ｃ协所采用的荧键技术；◆建立傍真模裂，攒建债真平台；在该谚嶷乎台下，磺究ＩＥＥＥ８０２．１ｌａＤＣＦ机制吞吐髓性能和时延特性，研究对蒙包括ｅｓ姒／ＣＡ＋ＡＣＫ和 ｅＳ淞／ｅ矗＋Ｒ薯Ｓ／口Ｓ＋矗ｅｌ（粳‘铡；戮究参数砖吞睦爨蛙熊莘曩霹廷特性骢影确， 主要研究隐藏终端、退避算法等对协议性能的影响，最终找到能使网络往能豢佳盼参置静设置。 章节安排如下：第二章介绍了花线传输的特点以及这些特点对予运用强无线网络中的撇ｃ 秘议熬鑫静影响； 第三章重点研究了８０２．１ｌａ无线局域网的物理层和凇Ｃ层的关键技术，重点 对物理漂懿０ＦＤＭ技术农泓Ｃ屡戆ＤＣＦ接入税铡避褥了详细瓣述； 第四章是本文藏点，搭建仿真平台，研究８０２．１ｌ无线周域网ＭＡＣ层ＤＣＦ机 制的一陡能，势对ＤＣＦ梳秘的仿寞绪栗与辱争析请谂，深捌豹探喜寸了撬豫藏终端静阂 题。 第五章对全文进行了总结，对以后的工作傲了展攫。北京邮电太学硕士学位论文无线局域两ＭＡＣ层协议的性艟耕巍第二章无线鼹络中所使用赞接入协议本章主要介绍无线网络的特点和无线网络中的一些常见的随机接入协议，通过对无线网络环境和无线信道的研究。以及对几种常见的随机接入镑议在无线网 络环境下羧熊豹贫囊分辑，来说弱农无线环凌下辩这些赘汉逐行改遴靛警要瞧。 ２．１无线局域网中传输媒介特性 无线传输媒介盼特性使得对于舞线蜀域飕巾的ＭＡＣ协议的设计上与有线网 络中的撇ｃ协议膏很太躺差别，并且燮有挑战性。这些无线健输媒介的特性在于鞋下方瑟；◆半双工操俸：与有线通惯系统不同，柱光线通信系统中，如果一个秃线 通信节点要程发送数据鹪同时进行数攒接收是非常豳藤的。因为袋用半 瑟王懿俦输方式，无线带煮在发送静辩谈笼法捡潮爨凌嚣线落遂上发生 的冲突，因此以太网中所使用的冲突梭测的方式在这里是不可彳予的。作 为解决办滋，所有运用强无线网络中的姒Ｃ协议郡尝试采用冲突避免机制柬降低冲突的可能。◆时变信道；受到发生在既线信道上的反射、桁射和散射现象的影响，无 线节点接收到的信号是随时间而变化的，接收信号的能爨也会随着辩间 嚣发生改变。这耪现象称为澈线信邀上黝多径传播。为了优化程辩疑链 鼹上的传输旗麓，无线通信广泛采用撵学麓略。 ◆焱发信道熬错：由于对变倍邀以及变化的信号能蘸，无线通信中存在的 蓑错比有线通信中的多褥多。由突发糕麓错引起鹃差错可以使用以下技 术来减少；爨小的传输。阉包结构、嚣囱纠镱编码斌是鬟发机制。使鬻在 镳鼹层的整发机制是一种广泛采用的策略。许多协议利用接收节点程接 副发送节点发采的信息之后，发送确认消息（ＡＣＫ）来检测可能出现的数 攒穆差镶。 ◆载波检测的佼鬣相关性：在自由空间中传输的信母强度是按照所传播的 距离的平方进行衰减的。当肖无线节点在进行发邀时，只有在一定范国 内瓣萤意才能梭测曩委键发送中戆繁煮在无线绩邋土豹蕊息。遮秘毒节 点位置有关的载波检测引越了以下三种情况； 夺隐藏带点；当一个光线节点在接收节点的检测范鼷肉，而不在发送 节点鹣梭溅范围囊裁称该无线繁点为发送节豢豹黪藏苇点。４北京邮电大学硕士学位论文无线局域网ＭＡＣ层协议的性能研究夺暴露节点：暴露节点现象与隐藏节点现象是相互对应的。当一个无 线节点在发送节点的检测范围内，而不在接收节点的检测范围内，就称其为暴露节点。审捕获：当同时有两个无线节点向同一个节点发送信息时，如果接收节点可以无差错地接收其中一个无线节点发来地信息，这种情况就 叫做捕获。２．２无线媒介通信要考虑的问题 由于在使攥瓣戆彝捷廷穷滚上戆差异，嚣线逶痿还遴捌了一些在蠢线逶售孛不存在的问题，遗些问题如下：◆无线频率分配：无线网络的操作要求所有的用户节点采用相同的频率进 ｛亍无线通信。合理地淹所有豹用户带点的各种请球分配可翅靛无线频率 资源楚穗当耗瞻懿一个过程。 ◆冲突、干扰和可靠性：无线通信中的冲突通常感由于多个无线节点同时 在相同豹频段上试图进行发送而造成的。这是出于在无线信邋被占用的 嚣侯，获骞蕤毒鼗爨爨要发送懿无缓节轰罄在等特无线穰遥上靛筵｛鑫结 束，并鼠这些无线节点都试图在这个传输结束的时候，在无线信道上开 始进行自己的传送。逸样如果有多个节点都在ｊ靛行等待，这燎无线节点 就有可戆在棱输结裘的嚣寸候互相｛串突。除此之终，无线信道土豹冲突也 可髓盘蓊谣所说静“豫藏节点”袋象弓｜怒。予挠迸可莪是多饺襄落现象 的结果，其明显的表现就是在接收端信号幅度和相位的随机抖动。一般 而言，遇信信道的可靠性是由平均比特错误率（ＢＥＲ）来衡最的，无线通 覆霹敦逶避塞羲重发谤隶（矗鞠）葶曩篱自缓错缀褥（ＦＥＣ）寒撼怒霉纛缝。 ◆安全性：在有线阿络中，由于传输的媒质可以谯物理上被保护起来，这 样就能够比较容易地控制对网络的访问。而在光线网络中，豳为传输媒 质是暴藏在公共环境串豹，安全熄鹣保证就较为豳难。在实际盛溺中， 无线逶僚遥常是采震盍秘密静方法寒缣证数据傣送豹慈密犍豹，毽这会奁 增加费用并降低系统的总体性能。但是另一方谳，由于无线邋信中传输 范围的限制，对于传输范围以外的节点而言，冤线通信有骜独特的安全 。睦绦涯。 ◆电源漓耗：～般而亩，连接在有绒网络上的设备都可以壹按得到电网的 电源供威，因此不存猩电源不足的问题。而无线设备为了保证可移动性 或是可携喾性，遥常采再电澹供惫。这样，无线设备载必须考虑如何节 省电源消耗，以延长设备鹃使瘸辩阉。她京邮电大学硕士学位论文秃线局域网ＭＡＣ盛协议韵性能研究◆电磁辐射与人体髓康：关于无线遗信孛斡彀波辐射对于人钵健康的影响 静磷巍一壹在迸静强中，虽然嚣翁并没有关鼍＝这方覆弱蔽娥性文耄，毽 是＿｜】ｒＬＡＮ也必须考虑降低电磁辐射的问题。 ◆移动憔：与处在固定地点使用的肖线网络设备相比，无线网络设备的优 势藏嶷予荚移动豹鑫由牲。毽戴，无线逶信寨绫懿设计主瓣考虑瑟移动 用户猩服务区域边界所进行的切换以及路由城务。 ◆吞吐缀：理想的ＷＬ＆Ｎ传输速率臌当与有线网络相当，但是豳予实际应用 上的一鎏约束以及露限的可用带宽，一般ＷＥＡＮ只能支持ｌ一２０髓／ｓ斡传 输速率。另井，灸了交簿多个佼输溺霹透行，程ＷＬＡＮ静实际应蕉孛经常采用扩频技术。２．３无线ＭＡＣ协议的捧熙及其性髓标准 在一个出～定数爨的无线通信终端搿组成的燹线蒜统中，掰霄终端共事阍样 静无线媒分向中央蓦站迸移不同鼗务懿传邀。这样就辩要一个麓予赚介控蒂Ｉ协议 （艟Ａｃ）的避程来为各个终端分配送使用的无线媒介资源，避免在媒介上发嫩冲突。为了谬倦提出黥馨耱备样静协议，磐须理解ＭＡＣ傍议静备稀檬礁。延对，襻 蛙量，公平性，对多媒体的支持，以及稳定性是广泛使用的比较ＭＡＣ协议性熊的 标准。对袭落的健壮性和电源消耗怒比较光线ＭＡＣ协议的额外标准。下面是荚于 遂些栝黢黪簿短接述： ◆延时：延时是数据包在姒ｃ潋列中的数据所周的平均时间，特别愚指从 进入队列到传送完毕所用的时间。延时岛般务特性是决定延时的两个躺 素，鬻＿ｌ避在魄较苓越格议戆避辩性能霹，应该蹩在惩榉豹救务特性鹃条件下静。◆裕髋鬓；吞吐麓魑信道容爨掰予传输的部分。ＭＡＣ协议☆孽秘的是在尽鬟 小魏缓入延黪瓣袭｛孛下让露睦爨尽量大。勉巢馈惠平均Ｐ蹴特，传送一 个包的平均时闺题１秒，僚邀容量是ｅ魄特每秒，这样释睦囊ｌ虢治ｎ＝Ｐ／ＴＣ。◆公平性；如累没有任何节煮镧麓使用媒介鹣优先投时，我｛ｆｊ就称这个鹾Ａｃ 协议建公平驰。注意这里撩纳魑澍信遂髓公平使熏，不簧与韭务本身掰 含宥的优先权榴混淆。在支特多媒体业务的情况下，公平性指的遐Ｗ以 农该嫩务所支派婀信道上分配带宽。６北京邮电大学硕士学位论文无线恳域弼ＭＡＣ震辚议豹性能研究◆稳定性：一个稳定的系统悬能够在大部分数据流量小予信道容豢的条件 下，建瓣跨怒逶痿遵容蠢瓣数据渡量逡蟹处理戆系筑。 ◆对衰落的健粒性：无线信邋是时变和蓦错传播的。倍道衰落会在短时间 内引起节点之间线路不稳。对一个健牡的系统来说，这种信道的缺陷不 瘦该葶ｌ起不稳定戆表褒。 ◆电源消耗：太部分无线设施对电池功率进行了限制，因此对无线ＭＡＣ协 议来说，节销功率和提供对节电特性的支持是很重爨的。 ◆爻雩多媒俸戆支持：遮羞谱密，撬菝窝数攥阏终懿逐步绫一，ＭＡＣ捺议需 要支持多媒体的业务。这榉协议就需要一种机制横掰不同业务的不同的 延时要求，米处理不同的数据包，接入优先权和时序安排是两种常用的 方法。接入俊宠权逮过授警菜些节点嚣赢的使用媒套魏权限来提供不嗣 的服务，时廖安排可｜；王摊供时延帮抖动保证。２．４常爝盼无绞撇ｅ接入协议从上面的探讨中，我们可以得到这样的绪论。无线传输媒介与有钱传输媒介 存旋着缓多兹不瓣之处，这鏊麓暴使褥在蠢线鼹络中搜麓豹淞ｅ终议完全不适翔 予凭线嘲络环穗之中。困诧无线黼络中的ＭＡＣ协议在设计上与有线网络中的ＭＡＣ 协议有很大的羲剩。 光线ＭＡＣ协议可以根据其设计的网络结构分为两大类：分布式ＭＡＣ协议和集 中蕊ＭＡＣ协议，逐胃驭进一疹舞鏊羧节熹懿攮份方式分菇瓣撬接入揍议，缳诞接入 协议和混和接入协议。所有的分布式鼢ｃ协议都是随机接入协议，本文主要研究 分前式随机接入协议。２．４．１分布式漱Ｃ协谈 （Ｉ）分布式姒ｅ协议中的ｉ申突避炱技术程随机接入协议中，节点翱曩竞争对媒介的使用权。当只有一个节点试图发 送僚惠时，数强髓髓够成功德传邋密去。滋阏瓣霄尼个节患试整发送数瓣，藏会 产舷冲突。除了ＡＬＯＨＡ协议乏外，所有的分布溅毓＾ｃ协议都题基于载波侦ｌ！盱和冲 究避免机制的。栽波侦听是辫对物避信道溅杼梭测，确定无线信道中魁否有正在 抟遴豹数据。囊予载波鳆骣鹣傻鬻攘关性，隳藏节煮嬲爨嚣萤点这掰秘现象在 ＣＳＭＡ协议中是频繁出现的。发送节点有可髓发璃不到张接收节点楚发生的冲突， 因此接收节点需婺将冲突信息传送给发送节点。但是由予恶线系统悬泛佟在半双 工模式下，发邀麓点在进行传输的阉对是接收不到接收节点所发出的冲突信息７豹，这虢需簧使瑶氆发送匏频段乏矫的储道来馋输霞馈信惠，或者怒让发送节点 停止发送来接收反馈信息。大部分分布式ＭＡＣ协议都采用冲突避兔技术来熄使冲 突的可鼹ｆ生最小化。冲突避免技术在这璧可以使用两种机制：一种怒带外传输反 馈痿患，另一秘就是握手。 带外信号冲突避免（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ 聚音多蓬接入（ＢｕｓｙＡｖｏｉｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ Ｏｕｔ―ｏｆ－Ｂａｎｄ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）：Ｔｏｎｅ ＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ，ＢＴＭＡ）是一耱使焉带舞忙鬻信号来解决传输中的隐藏节点随程的一种方式。在逸种方式中，任何检测到无线信道 上存在传送中的信息的节煮都会猩传输颓段乏井的一个特定忙音僚道上广播一 个忙啻偿号，任何接收到虻音信号的无线节点都不会豢试进镗新的数据发送。这 样在以发送节点为圆心，２Ｒ半饺的区域内的所有无线节点都不会发送数据（Ｒ 是无线节焘熬发送鼷凑）。霹以季劐，虽然遽秘方式瓣决了了憋藏繁点数瓣嚣， 但同时也增加了暴露节点的数目。ＲＩ～Ｂ黼（ＲｅｃｅｉｖｅｒＩｎｉｔｉａｔｅｄ―Ｂｕｓｙ Ｔｏｎｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ。ＲＩ―ＢＴＫ＆）方式中，无线絮点只肖在确认自己是接收节点的情况下才会农忙音僚道上广播忙 啬。这样，只有在按收节点周围Ｒ半绦以内的无线节点才被捕制发送。但在 获ｌ―ＢＴ淞中，磐点必须在躲避之最才能确认叁纛是否憋接收磐点，这样就霹缝嚣 臻一段时间才能产生忙音。在这种情况下就引起了冲突可能性的提瀚和系统流量 麴洚强。冒戳器委，牧翡声生一整啻多煮揍入方式并没毒完余湾滁瓣藏节燕，只是使暴露节点的数目最小化了。 攮手控制冲突避免（ＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｑｏｎｔｒｏｌ Ｈａｎｄｓｈａｋｉｎｇ）：渖突避受多重接入（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ 送（ＲｅｑｕｉｒｅＴｏＡｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ ＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅ，融瓢）馒雳三重握手机制来解决隐藏节点问题。有鬻耍发邀的无线节点会先发送一个请求发 Ｓｅｎｄ，ＲＴＳ）短数摇包，所有雀该节纛祷赣蔻蠢蠹豹无线麓熹髅Ｔｏ听到这个ＲＴＳ，就会推迟它们本节点的传输。目的节点在收到这个ＲＴＳ数据包之 后，会晒复一个清除发送（Ｃｌｅａｒ Ｓｅｎｄ，ｅＴａ）短数据包，所有在舀的节点传 输范围内的节点俊瞬到这个ＣＴＳ艇数据镪爱，墩会接迟骞己豹健输。当发送结点 收到由目的节点所发出的ＣＴＳ后，虢认为已经获得了倍遒的使用权并开始进行传 瓣。这耱握手橇割完全溃臻？疆藏肇点瑷象。下藩夯绥最俸薄耱分毒式ＭＡＣ绥议。（２）ＤＦｌｒＮＡＣ ＤＦＷＮＡＣ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＭＡＣ，ＤＦＷＮＡＣ）是从冲突避免多重接入机制发展而来的，是运用在ＩＥＥＥ８０２．１１无线局域网标准中的基本接入协议。其传输过程是 ＲＴＳ?ＣＴＳ－ＤＡＴＡ－ＡＣＫ，本文将在以后的章节中对该协议性能进行重点研究。８北京邮电大学碗士学位论文无线局域弼ＭＡＣ层协议的性能研巍（３）ＥＹ－ＮＰＭＡ淤滁屡缀一无龙撂优先权多重接入（ＥｌｉｍｉｎａｔｉｏｎＰｒｉｏｒｉｔｙ ＭｕＩｔｉｐｌｅＹｉｅｌｄ－Ｎｏｎ－ｐｒｅｅｍｐｔｉｖｅＡｃｃｅｓｓ，ＥＹ－ＮＰＭＡ）协议怒用于欧洲所提出的ＨＩＰＥＲＬＡＮ标准鳕蕊遂接入秘汉。 ＨＩＰＥＲＬＡＮ是分布式网络的黼速（２４晒／ｓ）无线局域网标准。协议的处理如 下：光线节点在发送数撵之前，先对佟输信邀侦薛相当予箕传送１７００魄特的孵 阊。如果在这段时闯中，信道上没有发生任何传输，无线节点就认为信邀是空闲 的并殷立即汗始发送数攥。如果在这段时间中无线节点侦昕到信邂上有数据正程 进行赞输，管点裁会遴蟹阁步，簿季每裂当兹键羧豹最蓐黠剡，再按以下准剡竞争 无线信道。该协议的随机信道按入分为三个阶段：优先级别阶段（用于确定传输 优先缀），竞争除段（同样优走缀貔无线节煮耱互避季｝竞争＞，费羧输致（在竟擎 阶段中获胜的无线节点进行数搬传输）。其中的竞争阶段分成两个子阶段：消除 阶段和屈服阶段。在消除阶段中，每个节熹持续会进行撩续一袋随秘ｓｌｏｔ辩篱 （这个持续的戆枧数是由地理分布来决定）豹发送。在消除阶段结束之后，无线 节点开始监听信邀。如果这个时候信邋上有数据进行传输，节点就会放弃其传输 尝试。翔聚这个髓谈蔫遂是空阕豹，谚点裁送入磊媛黔毅。在嚣鼹羚段燮，节点 簸爨倍遴一段涎凝戆ｓｌｏｔ瓣耀。鲡聚在这段瓣闯愿，售邋上没囊传簸避行，萤 点就会开媲雾宠成鑫邑熬健辕。出予么个慧点等特酌对闽都是蟪枫选择的，因】墩 簌竞争阶段中肖一个节点获胜并进彳亍传输的概率燕很大的，其余的无线节点都会 等到这个获胜的节点的传输完成之后爵对信邋进行下一次的竞争。 （４）常觅鹁陡瓿接入赘议豹褴链分援 典型熬隧规囊争类ＭＡＣ按议有Ａｌｏｈａ、ＣＳＭＡ及ＩＳＭＡ等。本节犍对这几种协 议进行讨论。 织真环境秘条件： 夺分组通信系统：假设每个用户的性能都髓一样的。而且每个用户终端都裔一个ＦＩＦＯ缓冲耱。ＦＩＦＯＸ分为有限长度释秃隈睾乏度蓠释。着缓滓器长发畜隈，警缓摊嚣滚兹时候，薪产生静赣载会羧蒜弃。逡霹潋稔鸯“孵鹾麴塞”。葶曩 传输镄误怒不一样瓣概念。信邋摸黧：傣暹攘整霹鞋分为鸯线傣邀疆无线攘 邋嚣秘。露线馈道谢以认为是理想壤道。 夺茏线铸道，信遭覆擞是辩变的。搓本文中，传播损耗主要苟接入终端和搂入 点两囊之阏的距离福关。其他影蛹豹因素还宥由予接入终端和梭入点之阉的 障碍物引起的阴影效戚。夺传播损耗：随着接入终端鞠接入点之间的距满增鲡静时候，接收功率减小。 邃个攒耗糯掰成芷魄。ｙ ４是骜倍弩大耩度囊落辩捩静损耗遨孑。寤是鬻定９北京邮电大学硕士学位论文无线局域网ＭＡＣ层协议的性能研究损耗因子，一般取２～５。 夺阴影效应：由于两个通信用户之间的障碍物的影响引起的。一般取Ｇ’７ｄＢ 夺帧的产生：帧的产生服从泊松分布，也就是说各帧之间是独立的，而且产生 概率不随时间变化。在一个极短的时间内，同时产生两个帧的概率极小，可 以忽略。也就是说，每个时间点最多只能产生一个帧。 夺冲突：当几个帧同时在信道里传输时，就会发生耋叠，这种重叠被称为冲突。 冲突的帧传输发生错误，必须进行重传。在有线信道中，发生冲突必然丢失 数据。但是在无线信道中，接收功率最大的帧可以成功被检测出来。其他的 帧则需要薰传。 网络负载；包括成功传输的帧和出错重传的帧。数据传输 速率是斤（细曲，一共有Ｔｔ（ｂｉｔ）需要传输。则Ｇ－－互Ｒ夺吞吐量：在一段固定的时间内成功传输的帧成为吞吐量。设一帧的数据速率为Ｒ（ｂｐｓ）信息量为Ｔ（ｂｉｔ），在单位时间内共有砘目成功传输。则Ｓ－－．Ｔ．．．．．ｘ．．．―ｎ― Ｒ夺平均传输时延：指的是帧从产生进入发送缓冲器的时刻开始，一直到被正确 接收为止所需要的平均时间。 仿真结果如下面的图所示： １）纯ＡＬＯＨＡ协议ＩＯ！塑塑塞盔量璺主兰垡墼一差塑墨璧塑！篓星堡墼墼丝壁要塞ｗ：ａ￡黜ｏｏ｜Ｉｃ卜Ｔ伯侬ｃ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ）图２一ｉ纯ＡＬＯｆｔＡ协议的吞吐量特性出图２一ｌ我ｆ｜、！霹以褥翘缝Ａｌｏｈａ协议豹器蛙量特性缀慈，其瑷大值拦０．１８左右。Ａｖｅｒａｇｅ Ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ ｏｆ Ｐｕｒｅ ＡＬＯＨＡ ｓｙｓｔｅｍｌ：曼：竺！盥｝‘一，，，ｏ… ，ｐ ‘套－ －●● 。，ｏ＋，，＃一屯。，，，－富）Ｉ口露ｄ）∞ｃ誊斗耍釜Ｑ?，《 ．奇‘．张。，０７ 。ｏ’‘ｏ 罨Ｊａ＾、ｑ。．强．妒－０。。，。０７Ｔｒａｆｆｉｃ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ）圈２－２纯ＡＬＯＨＡ协议的时延特性北京邮电大学硕士学位论文无线局域网ＭＡＣ层协议的性能研究２）对Ｆ蒙，ＡＬＯＨＡ协议鼍 矗 Ｃ 口３２ｅ－Ｉ－－Ｔｒａｆｆｉｃ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ）图２－３时骧ＡＬａ｝｛Ａ协议吞吐量特性由予露藩ＡＬＯＥ＆傻该磺撩窗墨缭，ｌ、，它鹣吞睦羹将羧奖｝Ｉ筑矗Ｌｅ灏爵，当Ｇ＝ｌ 的时候，时隙ＡＬＯＨＡ的吞吐墩达到最大假Ｓｍａｘ＝Ｏ．３６８。１２冀鎏型璧茎兰壅主堂焦堕奎～．差璧堡堡翌塑篓蹩整鉴鳖整墼曼塞嚣口）Ｉｕ∞ｎｖ棼￡眷》叮一ｍ△ｏａ―罂啦、ｃｑＴｆ翟ｆｆｉｃ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ）罄２ｑ羹孝羰矗Ｌ。珏Ａ协议越廷特性通过懿上的仿真缓采看出，两释ＡＬＯＨＡ系统帮蠢～个不稔窥拣工作匿域。 当吞吐量越过它们的最大值时，此时若它们的网络负载还在增大，它们的吞 吐量特性就急剧下降，从而导致整个系统不能工｛餐３）菲时辕≤≥垫持ｅｓ融获议非坚持ＣＳ姒协议魑在ＡＬＯＨＡ基础上提出的，岛ＡＬＯＨＡ的主聚区别就是多了 一个载波监听装置，以提供发送前监听信道上其他站是否在发送数据。在这 个按谈孛，每个照点在众麴传送数攒之蓑都要先梭骥ｌ信道，翔粜在宅检测鸵 时闯起没脊入发送数攒，则该站自融开始发送数据。之所竣称之为菲坚捺的， 是因为它搬检测到信邋忙之后，会随机延时一个时间，等过了遮段时间再来 监斫信道。北京邮电大学礤士学位论文无线局域网ＭＡＣ层协议的性能研究Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｏｆ ｎｐ ＣＳＭＡ ｓｙｓｔｅｍ△ Ｃ ｏ：ｏｊＣＩ－－Ｔｒａｆｆｉｃ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ）图２～５非时隙非坚持ＣＳＭＡ协议的吞吐爨特性出予有了载波监听措施，农楣当程度上减少了套逖发邀数据的盲爨性。这样魏提高了僖道羽剽瘸率和整个网络豹吞避爨。ｉ≥坚持ｅＳ淞存在一个鞘霾 的缺点，就是一旦监听到信道忙，马上延迟一个随机时间，簿这段时间过去 后再熬新开始监听倍遘。但很可能在再次监听信道之前信道就已经空闲下来 了，ｌ≥整持ｅＳ漱不戆戆售遂夔交建空瓣豹时刻我密，这襻戴衾影嚷了售邋零《用率的提高。１４苎塞塑曼奎兰堡＝皇竺堡堡塞蒌塑墨笾塑坠！星堡堡魍壁墼堑窭墓￥ｕｍｅ甜￡；》ＢＩｍ鑫∞ａ毋Ｊ尊字、Ｔｒａｆｆｉｃ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ）图２―６非时陈非坚持ｃｓ凇协议的平均时延特性特住４）时羰｛＃坚持ＩＳ姒协议：ｌ：＆ｃ西ｒｌｏ－Ｉｃ卜Ｔｒａｆｆｉｃ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕＲ）圭塞堕里查兰堕主兰垫堕一图２―７时隙非坚持ＩＳＭＡ协议的吞吐量特性垂垡旦堡塑坠！星塑堡箜堡蹩墅壅口∞）Ｉｏ仍△ｖ∞ｌ－ｃ拳》ｍ一∞凸 曲毋．Ｉｍ＞《Ｔｒａｆｆｉｃ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ）图２―８时隙非坚持ＩＳ舭协议的平均时延特性由以上仿真结果看出，ＩＳＭＡ协议具有较高的吞吐量，并且时延增长也比较缓 慢。通过以上几种接入协议的分析可以发现，在负载比较大时，它们的吞吐量性能都会急剧下降，而延时则急剧增加，因此已不能适应无线网络的要求，必须对 它们做出改进。２．４．２集中式ＭＡＣ协议 与分布式ＭＡＣ协议不同，集中式ＭＡＣ协议将所有的权限和复杂性都转移到了 中央节点之内，由中央节点来决定什么时候由什么无线节点通过什么方式来占用 信道资源。由于在网络规划的时候，中央节点在网络位置上居于ｗＬＡＮ的中心， 所有的无线节点都能够与之传输信息，因此不会存在隐藏节点和暴露节点。但是， 由于所有的传输都必须经过中央节点，在网络规模较大的情况下，对于中央节点 的处理能力和处理时延都有较高的要求。 （１）集中式随机接入协议 集中式的网络结构中可以采用随机接入协议，下面是几种集中式随机接入协议的介绍。１）空闲监听多重接入协议１６髂袁鄄电丈学鹾士学位论文茏线局壤弼ＭＡＣ譬势渡豹蛙艟戮究空闲监听多重接入（ＩｄｌｅＳｅｎｓｅ ＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ，ＩｓＭＡ）协议是一种用于集中式无线湖络的基于竞争的随机接入撩议。以上识对它进行了一些分析。在这 耱接久蛰毒交串，枣串夹繁蔗连行载波稔测嚣捧突捡灏，员传搡终麴下蜜褒示。警 无线信道是窳闲的时候，中央节点就会广播一个空闲信号（ＩｄｌｅＳｉｇｎａｌ，ＩＳ）。每一个有需黉传输的数搬的节点都以概率Ｐ来发送俗息，如果有两个或更多的节 焦霜对进行发送，就会再馈遂上罢｜超、砖突，这对孛央节煮无法对佟竣的数据进行 解码，因此会在网络上露次广播ＩＳ。弼莱正确缝接收弱了菜个传输，中央节点 就会广播ＩＳ和一个确认信息（Ｉｄｌｅ Ｓｉｇｎａｌ＆Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｍｅｎｔ，ＩＳＡ），在发邀 空闭信号的同时对上一次信道上进行的传输进行确认。ＩＳＩＳＣｏｌｉｉＳｉｏｎＩＳＤａｔａＩＳＡ圈２－９ ＩＳ＆ＩＡ侮议示意辫当在ＩＳ凇中发生冲突时，就会安失熬整一个数据包，这虢引超了系统激率豹洚低。Ｒ－ＩＳ，ＶｌＡ（Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｉｓ淞）协议通过绦髫数据包来避免遴葶中效霉＋ｈ的降低。在Ｒ―ＩＳ淞协议中，纛线节点邋造发送非常籁的裸整数攥毽（Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｐａｃｋｅｔ，ＲＰ）采圈应中夹繁点广撵瓣｛Ｓ信号。黧鬃这孵误发嫩了冷突，只会丢 失保留数据包。当中央节点接收到了保黧请求麟，就向节点发出～个轮询信号（ＰｏｌｌｉｎｇＳｉｇｎａｌ，ＰＳ），只鸯筏轮游弱翁无线熹方畿发送鼗攒。ＩＳｋＬ４窝Ｒ―ＩＳ鼢郝罴用的时分双王。ＲＰＩＳＣｏｌｌＩＳＲＰＰＳＤａｔａＩＳＡ圈２一ｌＯ Ｒ－ＩＳＭＡ协议示意潮２）资潦巍买雾耋装入协议资源竟袋多重按入（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ａｕｃｔｉｏｎ渤ｉｔｉｐｔｅ Ａｃｃｅｓｓ，ＲＡ黻）诲谈蹩 通过特寇的接入机制来实现资源分敞的隧机接入协议。如下图所示，每一个涎线 节点都裔一个凝定｝２特长瀚｛Ｄ，洚突豹解决正蔻遴遥对这个ｌ芬蕊运符号传稳采 安现羲。在煮争貔段，每一个无线慧点酃逐符警熄发送塞己韵ＩＤ。中央节患恕 其收到的符号再信道上进行广播。如果无线节点收到的广播的符号与节点自己的 豁号不～教，带点载遴懑竞争。铡孛，节煮Ａ戆ＩＤ是１１０，节患Ｂ麴ＩＤ是１０１。 农发送籀～个符号时，矗和８都发送“ｌ”，中央帮点飚复“１”。在发送第二个符也重堕里查兰堡主兰垡丝塞―一一垂塑墨苎旦！燮星塑堡塑丝墼婴塞号时，Ａ发送“１”，Ｂ发送“０”，由于无线信道在上面有多个信号叠加的时候，对于“ｌ”和“０”而言是遵从“或”准则的，因此中央节点接收并回复“ｌ”。这 样，节点Ｂ就退出了竞争。该过程一直持续到整个ＩＤ传送完毕。可以看出，当 整个ＩＤ传输完毕，总是由ＩＤ值最大的节点赢得竞争。霾。图竞买阶段霾、阚箧．传输阶段。。分配周期图２一ｉｉ ＲＡｇ－Ａ协议示意图在ＲＡ凇中，如果一个节点有数据要传输的话，通信的每个ｓｌｏｔ都不会是 空闲的。这样，如果不考虑开销，ＲＡＭＡ协议就达到了对信道的最大利用效率。但是，由于中央节点和用户节点在冲突解决中所使用的逐符号的交换，开销是随着数据速率的增长而增长的，因此协议的吞吐爨并不商。另一方面，ＲＡＭＡ协议是不公平的，这是因为ＩＤ值大的节点总是能够赢得竞争，结果就有可能使别的 节点一直获得不到信道。（２）保证接入协议 轮询协议是在无线网络文献中唯一研究的一种保证接入协议。轮询协议的主 要设计目的是减小由于信道消耗所引起的对带宽的浪费。它利用一个受控握手来 测试信道，一次成功的握手就能够保证在节点和基站之间信道质量。下面介绍几种保证接入协议。１）可丢弃令牌ＭＡＣ协议 可丢弃令牌姒Ｃ协议（Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ Ｔｏｋｅｎ凇ｃ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＤＴＭＰ）使用“轮 询一传输”循环来取代“轮询一请求一轮询一传输”循环，这样就减少了轮询所 有节点所需的时间Ｔ。协议的操作见下图。北京邮电大学碗士学位论文光线局域阉ＭＡＣ屡协议的性能研究没有数据只有上行数有上行和下行数ＰｏｌｌⅫ潮触 呲豳下…融翻２－１２ ＤＴＭＰ搏议汞意图夜ＤＴＭＰ中，当中央节点轮询一个凭线用户节点的同时，也告诉了该用户节 焦中央蔫点是否骞数据簧送给它。当孛夹节点没毒傣舞这个节熹熬数据两辩这个 无线节点又没有要发送的数据时，无线节点就保持沉默。当中央节点有传送给用 户节点的数据，用户节点就会发送一个短涪惠，接着率央节点蓑开始传输。在鞍询的时候，当无线用户节点的缓存区里有数据疆发送给中央节点时，用户节点就会发送数据作为对中央节点轮询的回复。 ２）Ａｃａｍｐｏｒａ协议 Ａｃａｍｐｏｒａ耱议怒出矗ｅａ嚣ｌｐｏ｝ａ绳毒豹趟予絮裴天线系统黪辁询协议。｛袤臻议工 作在三个阶段：轮询阶段，请求阶段和数据阶段。协议进行轮询的方式是很有特 点的。中央节点首兔通过程轮谲中发送稼个秃线蔼户节点狻骞翡戳字来确谈霉个 激活的用户节点，如果节点没有要发送躺数据就保持沉默，反之就阐复这个码字。 接着中央节点向所有的用户节点广播这些被阐复了的码字，使每个用户节点都知 道簧要发送的无线带点的数基以及这些萤点鹣发送暇序。农接下来的请求阶段 中，所有的无线用户节点拔顺序向中央节点发送请求，再由中央节点来农传送阶 段中辕诲这蒸用户节点。１９趣索都龟走学硬：ｂ学位论支光线弱域耩ＭＡＣ瓣诲议静性能研究第三章ＩＥＥＥ８０２．１ ｌａ无线局域网目前，世界上有两种占主导地位的ＷＬＡＮ标准：豳欧洲电信标准协会（ＥＴＳＤ疆鑫酌离蛙钱鼗灏无线毫惩壤网（ＨＩＰＥＲＬＡＮ）帮璐ＥＥ８０２．１１ＬＡＮ，嚣者都濑 盖了物理层和媒体按制层的标准，以下主要介绍８０２．１ｌａ无线局域阏的物理层和ＭＡＣ屡筋关键技术３．１戈线菊城网ＩＥＥＥＳ０２．１ １技术标准 蠢线两城霹技术标准怒在上瞧纪８０年钱幕籁壹ｔＥＥＥＳ０２。１１工作缀开始镯 定，１９９７年６月２６日，ＩＥＥＥ８０２．儿标准制定完成，１９９７年１１月２６日正式发 布。２０００年８月，ＩＥＥＥ又推出ＩＥＥＥ８０２．１ｌａ协议扶ＩＥＥＥ８０２．１１标准看，无线局 域网不仅可以组建成单纯的自维惩线局域嬲（Ａｄ―ｈｏｅ―Ｎｅｔｗｏｒｋ）缝构，聪且可以 方便地与有线网络（如以太网、令牌阚或广域网）结构缀成多隧无线局域网（Ｉｎ鼢ａｓｔｒｕｃｔＵｒｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）缝梅。３．１．１ＩＥＥＥ８０２．１１所对应的ＩＯＳ／Ｐ珈层图３一ｌ ＩＥＥＥ８０２．１１的协议栈结构ＩＥＥＥ８０２．儿按照ＩＯＳ／ＲＭ（开放系统互联参考模型），只涉及了最低两层，如 图３―１。我们知道，ＩＯＳ／ＲＭ最低层是物理层（ＰＨＹ），再上一层是数据链路层（ＤＬＣ）， 数据链路层又分为逻辑链路控制层（ＬＬＣ）与介质访问控制层（姒Ｃ）。从图３―１ 可知，ＩＥＥＥ８０２．１１只涉及了物理层和ＭＡＣ层。ＩＳＯ／雕中的物理层定义了通过无 线连接所必需的机械和电气特性，而介质访问控制层定义了两个数据链路层之间２０北衷瞎毫太学磺土学饺论文毙贱摘域耀ＭＡＣ蒜辨议翦性能研究建立和维持数据传输，并将数据流无差错地提供给网络层的功能协议。 无线局域网的传输介戚和频段分配是出ＩＥＥＥＳ０２．１１确定的。在ＩＥＥＥ８０２。ｌｌｂ 串＿壤定了三羚耪淫屡程范：欺；孛蕴萋淫裁（ＰＰＭ）鑫辨线、壹接滓爱扩菝（ＤＳ－－ＳＳ）和跳频扩频（ＦＨ―Ｓｓ），如图３―２。遮就形成了基平红外线传输和基于扩频技术的ＲＦ传输的无线局域网产品。其中赢棱序列扩频和跳频扩频属于扩频通信 技零。麸匿３―２中可知，ＩＥＥＥＳ０２．１ｌ提供了多重速率（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｒａｔｅｓ）豹功 耱。ＩＥＥＥＳ０２．１ｌａ协议耪理鼷采焉ＯＦＤＭ调制方式，纛线通信速率可以在６Ｍ、 ９Ｍ、１２Ｍ、２４Ｍ、３６Ｍ、４８Ｍ、５４Ｍ之间，根据通信的质爨谶行调整。珏￡靴ｅ鼓摊终（Ｉｎｆｒａ－Ｒｅｄ》ＰＩＰｔ蠢翮 譬壤魏瞧互龇复锚Ｈ≈魏簇势糕’‘硪。网隅网ｌ箍Ⅳｓｔ蕺翻ｉ ｌ簇醚辩ｌ｝潮晦《：鹦攀麓图３．２无线局域网的传输介质和频段分配从爨３―２中哥期，ＩＥＥＥ８０２＋１ｌ提供了多爨速率（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｒａｔｅｓ）熬功娆。３．１．２ＩＥＥＥＳ０２．１１的频段分配 ｌ无线局域燃逡愆美国ＦＣＣ舞放豹三个频段：Ｌ频段９２～９２８ＭＨｚ、ＩＥＥＥＳ０２。１Ｓ频段２．４～２．４８３５ＧＨｚ、Ｃ籁段５．７２５～５．８５０ＧＨｚ。逮量个频段在荧嚣使用嚣孝秃 嚣申请执照。谯我国使用２．４～２．４８３５ＧＨｚ这一频段。鹱于扩频通储技术的无线 膈域网采用上述无线电频段。８０２．１ｌａ工佟在５ＧＨｚＵ－ＮＩＩ频带，从而避开了拥挤 瓣２．４ＧＨｚ频段。耱霪屡速率５４Ｍｂｐｓ，传赣罄曩｝达２５Ｍｂｐｓ。３。２无线局域嬲潮络拓扑终构 无线网络可以按网络缩构分为两大爽：分布式无线网络结构和聚中式无线圈络结构。主要些皇查兰堕主堂垡塑一一３．２．１分布式无线网络结构．．差堡墨苎塑坠竺星塑堡塑丝些塑壅无线用户节点旦一．；景点无线用户节点无线用户节点 无线用户节点且目无线用户节点目无线用尸币点图３－３分布式无线网络结构分布式无线网络（也称为８ｄ ｈｏｃ）是指在没有预先存在的基础通信设施的环境下，各个无线节点彼此通信。在这种网络结构中，无线节点之间以分布式的方 式相互通信，网络中不存在某个节点进行中央管理，这样就不会因为某个无线节 点关机或是移出通信范围而造成攘个系统传输上的问题。在分布式网络中，由于 没有一个特定的无线节点来将所需传输的数据从一个频段转移到另一个频段，所以所有的数据发送与接受都使用的同一频段。这样按照无线网络的双工方式的划分，所有的ａｄ ｈｏｃ网络使用的都是时分双工方式。通常，分布式无线网络要求网络中任意两个无线节点均可直接通信。在通信的时候，一般使用公用信道，各 个无线节点都可竞争使用公用信道，其媒体接入控制（Ｍｅｄｉｕｍ ＭＡＣ）协议大多采用载波监测多址接入（ＣａｒｒｉｅｒＡｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ，ｃｓＭＡ）类型的多址接入协议。这种网络结构的优点是抗毁性好、建网容易、而且费用比 较低。但是当无线网络中的用户数（无线节点数）过多时，对公用信道竞争成为限制网络性能的首要问题。并且为了满足任意两个无线节点之间都可以直接通信，网络中无线节点的布局受环境限制较大。因此这种拓扑结构比较适用于用户 节点数目相对较少的情况使用。北京邮电大学硕士学位论文无线局域网ＭＡＣ层协议的性能研究３．２．２集中式无线网络结构且无线用户节点图３―４集中式无线网络结构集中式无线网络（也称为ｌａｓｔ－ｈｏｐ网络）通常是一种使用无线方式连接网络 终端的有线网络。在这种结构的网络中，由无线接入点将整个网络的无线部分和 有线部分结合在一起。无线接入点以广播方式发给所有无线节点的下行数据是可以被整个无线网络中的所有的节点所接收到的，而无线节点发往无线接入点的上行线路信道是由所有节点共享的。中央节点（无线接入点）的存在使得在制定 ＭＡＣ踟议上有着极大的灵活性。例如，无线接入点可以根据节点所传输的业务 对ＱＯＳ的具体要求来进行接入。集中式无线网络既可以工作在时分双工模式下也 可以工作在频分双工模式下。在这种网络中，所有的无线节点对网络的访问均由 无线接入点控制。这样，当网络中的业务量增大时，网络吞吐性能及时延性能的 恶化情况并不剧烈。由于每个无线节点只需在无线接入点豹通信覆盖范围内就可 与其它无线节点通信。所以相较分布式无线网络而言，集中式无线网络布局受环 境因素的限制较小。集中式网络拓扑结构的弱点是抗毁性差，无线接入点的故障 容易导致整个网络瘫痪，而且无线接入点的引入增加了网络的成本。 在实际应用中，这种结构的无线局域网往往与有线主干网络结合起来使用， 这时，无线接入点就充当无线局域网与有线主干网的转接器３．３８０２．１１ａ无线局域网的物理层 最初的８０２．１１标准的速率只能达到２Ｍｂｐｓ，并不能够满足日益增长的高速数据传输的需要。ＩＥＥＥ于１９９９年推出了８０２．１１ｂ和８０２．１ｌａ两个扩展标准。其 中８０２．１ｌａ标准是已经在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的苎型！曼盔兰要圭堂垡塑塞８０２．１墨些旦塑塑！螋曼堡堡塑丝堡堕塞ｌｂ无线联网标准的麟续标准。它采用ＯＦＤＭ调制方式，工作在５ＧＨｚ频带，物瑾鼷速率Ｗ达５４Ｍｂ／ｓ，传输嚣速率霹达２５Ｍｂｐｓ。３．３．１０ＦＤＭ调镯方式蓠奔ＯＦＤＭ技零是～释茏线嚣凌下豹麓速多载波健瓣技米。无线售道斡频率豌应曲线大多是非平坦的，简ＯＦＤＭ技术的主簧思想：就是在频域内将纷定信邋 分成许多正交子信遂，在簿个予信遥上使眉一个子载波迸稃调裁，萍量备子载波菇行传输，从丽有效的掷制无线信道的时间弥散所带来的ＩＳＩ。这样就减少了接收机内均衡的复杂度，有时甚至可以不采雨均衡器，仅通道插入循环前缀的方式 消除ＩＳＩ蕊不裂影哟。ＯＦＤＭ中躲载波频搴是提互鬟叠的，这样就提毫了频谱的 利用牮。另外ＯＦＤＭ系统的一个重要优点就是可以利用快速付擞叶变换实现调巅和解调，觚嚣霹淤大大簿纯系统实褒鹃复杂度，将剜是褒子痿邀数嚣魄较多戆时候，采用ＦＦＴ可以大大得减少系统的复杂度。其实现原理见下图：＋―田鬻３－５ ＯＦＤＭ藤瑾蘸剖篓竺卜―圆一积分卜ｅ一’４”“”Ｐ／Ｓ―＠一积分卜设系统原始的码元速率为Ｒ，持续时间为Ｔ。分割卮的码元速率为Ｒ／Ｎ，持续时间为ＮＴ。用邈Ｎ个子信号去调制满足下式的藕互正交的子藏波。了窖歹ａ，．ｔｅ胁饥珐：ｉ：为了满足各个载波之间相互难交，乎载波间满足关系：ｊ”ｊ幢丽穗遂上转输酶倍怠为：Ｄ（ｆ）＝∑ｄ（ｎ）ｅ业蛳则接收端收到的信息为：撕，。壶了酗∥’”ｅ……一肼＝而ｌ磊Ｎ－ｔｍ，Ｐ铲研２４托哀躲屯大学顼士学袋论文无缝禺城弼ＭＡＣ攫协域瓣性能醑究可见由子载波信道间的藏交性实现了信号的提取。 这种正交性述可以从频域角度来理解。每个ＯＦＤＭ符号在其周期ｒ内包括 多个≤＃零夔子载波ｅ嚣筵其籁游霹鞋蓍痒是搦期为ｆ熬艇澎稼洚夔额遴等一缀霞于箨个子载波频举上的占函数的卷积。矩形脉冲的频谱桶值为ｓｉｎｃ（ｊＴ）函数，这种激数的零点出现在频率为１／Ｔ整数倍的钕攫上。这种现象可以参见嬲３－６，其 中飨鑫相互覆羲稳各个子覆遵凌经过矩形波澎残鍪褥爨豹簿号豹ｓｉｎｅ灏簸频谱。在繇～子载波频率的最大值处，所有其它予信道的频谱俊恰好为零。由于在对ＯＦＤＭ符号进行解调的过程中，需要计算这些点上所对应的每一予裁波频率的 最大蠖，困鼗霹激簸多个超曩黧叠豹子信邀符号频谱中提取出每个予继道符号， 焉不会受到其它予信道静干貔。扶圈３－６串Ｗ以看出，ＯＦＤＭ符号频谱实际上可 以满足奈奎斯特准则，即多个子信道频谱之间不存在相殿干扰，但这怒出现在频 域巾的。因此这种一个子信道频谱的最大假对应于其它子信道频谱的零点可以避 受予售逶阁予魏（ＩＣＩ）豹窭瑷。圈３－６ ＯＦＤ）Ｉ系统中子信道符哥的频谱（经过矩骺脉冲成型）男外应用ＯＦＤＭ的一个最主要原因怒宦可以有效地对抗多径时嫩扩展。通过恕辕入的数据滚串蒡变换至ｇⅣ个势行豹予售遴中，镶褥每个霸予去谖铡子载波的数据符号周期可以扩大为原始数据符麓周期的Ⅳ僚，园蓝时矮扩展与符号 周期的比值也同样降低Ⅳ倍。为了最大限度地消除符母间干扰，还Ｗ以在每个ＯＦＤＭ符号之阈搔入保护间隔（Ｇｕａｒｄｉｎｔｅｒｖａｌ），面且该保护间隔长度冀一般要太予笼线信道的最大时延扩展，这样一个符弩的多径分蠢就不会对下一个符号造成 干扰。在这段保护间隔内，可以不插入任何信号，即是～段空闲的传输时段。然 丽谯这种情况中，由于多经传撩的影响，则会产生信遵间于扰（ＩＣＩ），部子载波 之阙静正交链避戮酸坏，不瓣瓣子载渡之溺产生予稳。遂耪效应霹嚣下瑟：甓寨郭毫太学硬圭攀霞逢文无缝惹域霹ＭＡＣ菇协议魏眭薤骚兖；警万济霰护蓠疆；蒜鼍了一。／―＼：… ／ ＼＼图３－７多径效应遣成的载波闻干扰由于每个ＯＦＤＭ符号巾都包括所有的｛＃零子载波傣号，两且瞧嗣对会出现 该ＯＦＤＭ符号敬对延信号，黼藏上图中绘凼了第一子载波帮第二予簸波酶廷嚣 信号。从图中可以看到，由于在ＦＦＴ运算时间长度内，第一子载波与带有时延的第二子载波之间的周期个数乏差不再是熬数，所以当接收机试图对第一予载波逡纷群谖露，第二子载波会瓣捷逢残于我。弱撵，骜揍蚊凝薅纂二予载波速霉簿调时，也会存程来自第一予载波的干扰。为了消除由于多径所造成的ＩＣＩ，ＯＦＤＭ符号需要农其保护间隔内填入循环 翦缀信号。这榉藏可戳保｛芷谯ＦＦＴ周期内，ＯＦＤＭ符号麴延对副本内所包含的 波形的周麓个数也是整数。这样，时延小于保护阊隔瓦盼孵延穰弩藏不会在鼹 调过程中产生ＩＣＩ。 趣入保护瓣隧之怎基予ＩＤＦＴ（ＩＦＦＴ）的、ＯＦＤＭ系统槿强可以表示为墅３矗。爨３－８ ＯＦＤＭ系娩转翰捱图３．３．２正交频分炭用系统的燕簧优缺点近年来，ＯＦＤＭ系统已Ｌ经越来越得到人｛『］的广泛必注，其原因程于ＯＦＤＭ系统存在魏下麓主要优点：ｊ！墨墅皇查兰堡主兰垡堡苎垂丝曼堡旦！竺曼星垫堡盟堡墼墅塞◆把高速数据流通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相 对增加，从而可以有效地减小无线信道的时间弥散所带来的ＩＳＩ，这样就 减小了接收机内均衡的复杂度，有时甚至可以不采用均衡器，仅通过采 用插入循环前缀的方法消除ＩＳＩ的不利影响。 ◆传统的频分多路传输方法中，将频带分为若干个不相交的子频带来传输 并行的数据流，在接收端用一组滤波器来分离各个子信道。这种方法的 优点是简单、直接，缺点是频谱的利用率低，子信道之间要留有足够的保护频带，而且多个滤波器的实现也有不少困难。而ＯＦＤ女Ｉ系统由于各个子载波之间存在芷交性，允许子信道的频谱相互重叠，因此与常规的频 分复用系统相比，ＯＦＤＭ系统可以最大限度地利用频谱资源。 ◆各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用ＩＤＦＴ和ＤＦＴ方法来实现。 对于Ⅳ很大的系统中，我们可以通过采用快速傅立叶变换（ＦＦＴ）来实现。 随着大规模集成电路技术与ＤＳＰ技术的发展，ＩＦＦＴ和ＦＦＴ都是非常容易 实现的。◆无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量，如Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务中的网页浏览、ＦＴＰ下 载等。另一方面，移动终端功率一般小于ｌＷ，在大蜂窝环境下传输速率 低于１０一ｌＯＯｋｂ／ｓ；而基站发送功率可以较大，有可能提供１Ｍｂ／ｓ以上的 传输速率。因此无论从用户数据业务的使用需求，还是从移动通信系统 自身的要求考虑，都希望物理层支持非对称高速数据传输，而ｏＦＤＭ系统 可以很容易地通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同 的传输速率。 ◆由于无线信道存在频率选择性，不可能所有的予载波都同时处于比较深 的衰落情况中，因此可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法， 充分利用信噪比较高的子信道，从而提高系统的性能。而且对于多用户 系统来说，对一个用户不适用的子信道对其它用户来说，可能是性能比 较好的子信道，因此除非一个子信遵对所有用户来说都不适用，该子信 道才会被关闭，但发生这种情况的概率非常小。 ◆ＯＦＤＭ系统可以容易与其它多种接入方法相结合使用，构成ＯＦＤＭＡ系统， 其中包括多载波码分多址ＭＣ－ＣＤＭＡ、跳频ＯＦＤＭ以及ＯＦＤＭ－ＴＤＭＡ等等，使 得多个用户可以同时利用ＯＦＤＭ技术进行信息的传递。 但是另一方面，由于ＯＦＤＭ系统内存在有多个正交予载波，而且其输出信号 是多个子信道信号的叠加，因此与单载波系统相比，存在如下缺点： ◆易受频率偏差的影响。由于子信道的频谱相互覆盖，这就对它们之间的北京邮电大学弼士学位论文无线局域弼ＭＡＣ屡协谈的性雠钎究旋交性提出了严格的要求。然丽由于无线僚遭存在时交憔，在传输过稷 孛会窭瑗无线稼母煞频率镶移，铡蠡多营鞠额穆，或者潮予发射辍载波频帮与接收机本地振荡器乏阐存在的频率偏差，都会使得０ＦＤＭ系统予 载波之间的正交性遭到破坏，从而导致信予道间的信号拥瓦干扰（ＩｃＩ）， 这秘对频率偏差敏感是０ＦＤＭ系绞夔主要姣点之一。 ◆存在较高的峰後鼍五均功率比。与单载波系统相眈，由予多载波调制系统 的输出是多个子信道信号的豢加，因此如聚多个信号的捅位一致时，所 得剡的叠加信母的瞬时功率就会远远大予信号的平均功率，导致出现较 大懿獐蘧孚稳麓搴艮（ＰＡＲ）。这撵簸对爱瓣壤痰敦大嚣戆线淫挺窭了攘黼的要求，如聚放大器的动淼范围不能满足信号的变化，则会为信号带来畸变，使叠加信号的频谱发生变化，从黼导致各个予信道信号之间的溅交洼遭到破黪，产生辐互予撬，镬系绕骸缒恶纯。 ３．３．３采用０ＦＤＭ调制方忒的８０２．１１ａ标准 最初的８０２．ＩＩ标准的速率熙能达到２Ｍｂｐｓ，并不能够满趟醴益增长的嵩速数据传输的需要。ＩＥＥＥ于１９９９雒推出了８０２．Ｉｉｂ和８０２．１ｌａ两个扩展标准。其中８０２。ｌｌａ耘准是基缝在办公室、豢嶷、宾锫、蟪场等众多场含褥到广泛成耀载 ８０２．１ｌｂ光线联网标猴的后续标猴。它采用了上西所介绍的ＯＦＤＭ调制方式，工作在５ＧＨｚ额带，物理屡速率可达５４Ｍｂ／ｓ，、传输屡速率可选２５Ｍｂｐｓ。 其物理膘主要参数如下： ◆数据速率：６，９，ｔ２，１８，２４，３６，４８ 这几种速率是必须支持的） ◆调制方式：ＢＰＳＫ ＯＦＤＭ，ＱＰＳＫ ＯＦＤＭ，１６－ＱＡＭ ＯＦＤＭ，６４－ＱｈＭ ＯＦＤＭ ◆鲥镶编码：Ｋ＝７（６４状态）卷积秘；羁攀：１／２，２／３，３／４ ◆子载波数爨：Ｓ２ ◆ＯＦＤＭ符母周期：４０迪ｓ ◆傈护间隔：０．８Ｈ ｓａｎｄ５４Ｍｂｐｓ（６，１２ａｎｄ ２４Ｍｂｉｔ／ｓ◆占瓣带宽；１６．纵｝王ｚ系统中的５２个子裁波中的４８个尉来传输信息。经过信遵编码和交织爝的比 特流被分为Ｎ比特（Ｎ与调制方式有关）一缎送到调制器，调制时采用格甏褥 星座映射。绩患转簸避穆巾，传簸遮攀可交。务种数据速率下参数冕下蹋：图３－９ ８０２．１ ｌａ协议传输的数据速率ＩＥＥＥ８０２．１ｌａ中使用５２个子载波（应为５３个，其中ｋ＝０处，即直流予载波上不 传送符号，为空符号０），ＩＦＦＴ算法是基于２Ｎ点，如考虑６４点的ＩＦＦＴ实现，则 ５３个子载波映射到ＩＦＦＴ顺序输入数据编号的之间，编号低端和编号高端分别有 ６个和５个空符号点（ｑ。＝０，ｋ一３２，…，－２７，２７，…，３１），这样映射是为了保证系统的 子载波频谱集中，从而使得系统占用的频谱带宽尽可能窄，节约频谱资源。 下图是协议中规定的ＯＦＤＭ的前置训练结构。计．符号定时图３一１０ ８０２．１ｌａ中的ＯＦＤＭ前置训练结构ＯＦＤＭ分组结构由前导和数据部分组成。前导由１０个持续时间为０．８／ａｓ的 短训练符号和２个长训练符号组成。总的训练时间长度为１６／．ｔｓ，训练符号后面 的信号域，提供后续数据的调制类型、编码速率和数据长度信息。短训练符号通 过５２个子载波中间距为４的子载波发送，其上传输已知的伪随机序列（ＱＰＳＫ调 制符号）。短训练符号一是用做粗频偏估计，二是执行自动增益控帛ｆＪ（ＡＧＣ）和符号定时。在接收端，首先要对接收信号进行增益控制。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ前导中的前六个短符号用作ＡＧＣ。对接收到的这六个符号自相关平均得到平均功率，采用ＡＧＣ 调节增益可以使输入信号功率在一个合理的范围，以抗衰落和脉冲噪声。短训练 符号后是长训练符号，它由５３个子载波（包括直流处空符号“０”）组成，其上传 输ＢＰＳＫ符号。长训练符号完成精确频率偏移估计和信道估计，得到用于相干解三堕塑曼缝堡主竺堡垒塞歪塑墨苎盟！竺兰星塑堡堕丝鲤要塞调时的参考幅度和相位。按照这种方式设计鲍长、短符号的峰馕平均电乎魄（】瞧Ｒ）大约为３ｄＢ，夫大低予ＯＦＤＭ数攒符号嚣ＰＡＲ。在兹导之詹，还邃霸５２个予载 波中的４个子载波来发送长为１２７的伪随机序列作为导频序列进行同步。３。４８０２＋１１中的掰聚用鲍暇ｅ协议 ８０２．１ｌ所传输的业务包括异步的数据业务，以及对传输时延有着严格要求的各种宓时业务，例如语音业务和视频业务。为了适应异步数据业务和实时业务 各自不蠲鳃特点，８０２。１１无线鼹壤网ＭＡＣ屡掇供嚣嵇通擐努式，～种叫分奄式协同式（ＤＣＦ），另一种喇点协嗣方式。分布式协同（ＤＣＦ）慕于具有冲突稔浏豹 载波侦听多路存取方法（ＣＳＭＡ／ＣＡ），无线设备发邀数据前，先探测一下线路的忙 闲状态，如果空闲，则立即发送数据，并同时梭测有无数据碰撞发生。这～方法蕤秘璃多个薅产怼焚摩链路兹谤瓣，避免氆瑗滚争稔线路藤器遴无法逶蕊兹绩况。它对所有用户都一视同仁，在然享通讯介质时没有任何优先级的规定。点协 同方式（ＰＣＦ）是指觅线接入点设备周期性地发出信号测试帧，通过该测试帧与各无线设备裁网终谈剐、隔终彗爨参数等进行交互。测试梭之耀戆时闯段被分残竞争嚣寸阈段和无竞争辩闯段，无线设备可以在光巍争酵阂段发送数据。蠹予这种通讯方式无法预先估计传输时间，因此，与分布搿：协同相比，瞬前用得还比较少。３。４．１ＭＡＣ系统结｛氅（１）基本服务组 通过配置的无线周域网都具有三个组成部分：站点、接入点（ＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ，ＡＰ）彝无线穷凄。一系翮互稳逶壤瓣活裁形残了基本黢务缝（ＢＳＳ）。一个楚攀戆 ＢＳＳ不具备接入点ＡＰ，这种ＢＳＳ的站都直接和藏余站通信，如图３一ｌｌ所示。我 们称之为独立ＢＳＳ（Ｉｄ－ＢＳＳ）。瞬３－１１一个娥箍单的独立基零服务缝网络系统毙较笈杂。旗之阉豹透信要靠勰转接，郝么我稍稔这释绻构为构造ＢＳＳ（Ｉｆ－ＢＳＳ），如图３―１２。ＡＰ不仅可以完成ＢＳＳ内部的数据交换，还可以充３０北束酆窀太学磷士学位论文无线局域疑ＭＡＣ蘑协谈的性熊研究当同其他ＢＳＳ通信时的通道。鹜３一１２梅逵ＢＳＳ（２）扩展服务组随着网络规模的增大，确定其他移动设备的难度也在不断增加。现实中解决这一问题的方法就是让多个耀互邻按瓣ＢＳＳ透过嚣予网络来樵曩通信。这秘嚣 稠关联靛ＢＳＳ被称为扩袋骚务缰（ＥＳＳ），魏。奁扩袋服务缀ＥＳＳ模式串，多个 ＢＳＳ是通过接入点ＡＰ棚亘连接的。鹫３－１３扩展罪务维ＥＳＳ３．４．２ＭＡＣ帧格式、８０２。１１标准定义了三种不同类粼的峻用于避绩：数据帧、控制帧积管璞帧。 数据稹瓣稽蓑螽鋈３一１４掰示。北京邮电大学硬士学位论文＋，粤睡照芋罕争萼挛Ｅ＊ｚ无线局域嗣ＭＡＣ层协议的性能研究＝４ＩＩＩｌｌｌｌｌ图３－１４ ＩＥＥＥ ８０２．Ｉｉ数据帧结构帧控制域表征一些控制信息。包括１１个子域，有版本域、类型、子类型、 ＴｏＤＳ、ＦｒｏｍＤＳ、更多分片、功率管理、重传、顺序等。 持续时间提供该帧和它的确认帧将会占用信道多长时间的信息。 地址Ｉ到４分别标明了源地址和目标地址、源基站和目标基站。序列控制使得分片可以编号。数据域的内容就是静荷，长度可以达到２３１２个字节，后面跟着常用的校验和域。 管理帧的格式与数据帧的格式非常类似，唯一不同的是，管理帧少一个基站 地址，因为管理帧被严格限定在一个单元内。 控制帧也要短一些，它也只有一个或者两个地址，没有数据域，也没有序列 控制域。对于控制帧，关键的信息在于帧控制的子类型部分，通常为ＲＴＳ、ＣＴＳ或者ＡＣＫ。３．４．３ＤＣＦ机制简介Ｌｉｎｋ８０２．１ｌ的数据链路层由两个子层构成，逻辑链路控制层（Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＬＬＣ）和介质访问控制层（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ，ＭＡＣ）。ＭＡＣ要解决的主要问题是协调站点接入介质。无线环境中有两个原因会引起数据冲突：多 台移动站同时争抢信道和隐藏终端（Ｈｉｄｄｅｎ Ｔｅｒｍｉｎａｌｓ）。在８０２．ｉＩ无线局域 网协议中，冲突的检测存在一定的问题。这是由于要检测冲突，设备必须能够一 边接收数据信号一边传送数据信号，而这因为前面所提到过的信号能最泄漏到接 收路径的原因，在无线通信系统中是无法办到的。ＤＣＦ模式是建立在ｃｓＭＡ／ｃＡ的 基础之上的。ＣＳＭＡ／ＣＡ机制利用握手的方式来解决隐藏节点的问题，同时也利 用ＡＣＫ信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ＡＣＫ 信号后才能确认送出的数据已经正确到达目的。坐室坚墨查兰堕主！丝笙兰垂塑垦苎塑坚笪星塑望堕堡堂！塞●！！冷■――一●咧 ―Ｉ１ｒＩ源站 柯懒 蔓筐诗Ｉ叫ｒｈ“ｌｊ坩ｆ＿舞曲―纠’型陶Ｊ时脚ｌＩｌ｜ＩＩｌ■■■＿．｛‘ｔ兰＝珀｛隹疽箍＾有峨璺垃避等｝奇重瓷时嗣时懈图３―１５ＤＣＦ传输机制示意图３．４．３．１ＤＣＦ模式支持两种访问方法：◆基本访问方法：当一个无线节点希望在无线网络中传送数据时，如果没 有探测到无线信道上正在传送数据，则会附加等待一段时间，再选择一个时间片继续探测，如果无线网路中仍旧没有传送中的数据，无线节点 就将进行数据发送。接收端的无线节点如果收到发送端送出的完整的数据，则会回复一个ＡＣＫ数据报。如果这个ＡＣＫ数据报被发送端收到，则整个数据发送过程完成，如果发送端没有收到ＡＣＫ数据报，或者发送的数据没有被完整的收到，或者ＡＣＫ信号的发送失败，只要是发生上述的任何情况，发送端的用户节点都会认为这次发送失败了并准备下次重 发。如果发送失败了，用户节点就需要等待延长一倍的随机时间再次发 送ＲＴＳ去竞争信道。这种竞争方式称作二指数待机（ＢｉｎａｒｙＥｘｐｏｎｅｎｔｉａｌＢａｃｋｏｆｆ，ＢＥＢ）方式。之所以要作这样的设定，是因为如果一个用户节点的ＲＴＳ都出现了失败的情况，说明这个用户节点所要迸彳亍传输的信道 质量很差，能够误差错地进行传输地概率很小。因此协议让这个用户节 点所需等待的时间按指数进行增加，使别的信道质量好的用户节点拥有 更大的机会来使用无线信道。ＲＴＳ／ｃＴＳ握手协议：基本访问方法的缺陷在 于当数据帧较长时，一旦数据发生冲突，将浪费大量时间传输无效数据， 使网络效率大大降低。为解决这个问题，可以采用ＲＴＳ／ＣＴＳ访问方法，而且这种方法也可以解决隐藏终端问题。每一个有数据需要发送的无线节点在传输数据之前需要先向目的节点发送～个ＲＴ￥，收到这个ＲＴＳ的目恕豪繇电大学鞭士拳缱论文光线蜀域弼ＭＡＣ稿协议黼性能研究的节点隧詹肉发送麓点翻送一个ＣＴＳ信号。纛线网终审的恶线繁点如豢 能够梭测到在无线倍道上传输的ＲＴＳ和ＣＴＳ，裁不会在ＲＴＳ和ＣＴＳ信息中 所包含的传输阶段中尝试进行数据发送。由于ＲＴＳ／ＣＴＳ需要占用网络资源褥耩热了额外的潮络受担，一般哭液蔫在大数据缀酌传递上。３。４。３。２嫩拟载波使听 ８０２．１｛串瓣载波彳爽褥分淹秘瑾鼷麴载渡谈掰襁Ｎ＇ｕ６ｔＣ溱靛载波饺醑。 穆莲溪主簸载波谈褥撩嚣燕对空孛梭墨逡行绞琚，逶遭篮瞬至ｌ豹数攒毽寒确 定该ＷＬＡＮ驻域内靛嚣令涎线苓点，势刿凝誊黪蠢没毒冀宅懿无线节点在邀行 传输。而ＭＡＣ层的载波侦听则是提供一种虚载波侦听的机制，用于减少无线节 点对无线黉源侦听魄次数。 ＭＡＣ层的虚载波侦听机制的具体实现是运过ｇｌ入网络分配向量（ＮｅｔｗａｒｅＡｌｌｏｃａｔｉｏｎＶｅｃｔｏｒ，ＮＡＶ）来完成的。其具体操作是，繇个网络中的无线节点都拥弯一个ＮＡＶ篷，势最由嚣个无线节点慰鑫己的ＮＡＶ僮进行维护。ＮＡＶ毽是一 个可阻变化的数值，用于袭示当前在信道上传输的业务所需要占用信道的时间。 无线傣道土掰传输熬ＲＴＳ、ＣＴＳ淤及ＤＡＴＡ等信惠审都篷含有一个Ｄｕｒａｔｉｏｎ字 段，这个字段表明了当前禚信道上所进行的传输所占用的时长。无线节点通过检 测信邋上传输的Ｄｕｒａｔｉｏｎ信惠，来更新自己酌ＮＡＶ值。然后ＮＡＶ值将会一黉 递减，当值减为０臌，这肘说明上次在无线倍遒上所检测到豹传输已经结柬了， 各个髭线节点开始熏新竞争信道。 遽过上瑟黪播述，我髓可以溪到。虚载波筷骣按零熬譬｝入，大大减少了套个 节点对无线信道的不必要的侦听次数。在降低了发生冲突的概率的同时，也减少 了各个无线繁点麴耗电纛，这对警采躅窀逮雩譬为髓潦熊各释无线褥产终灞来说，是非常重要的。３。４．４ＰＣＦ机制简介与ＤＣＦ机制不同，ＰＣＦ是面相连接的，提供无宠争传输的传输机制。ＰＣＦ 依靠游潺蒂意（Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ，ＰＣ）来完戒对系绞辛各个无线节点静轮询， 使被轮询到的无线节点无褥经过觉争就能够进行传输。在每个ＢＳＳ中，～般由 ＡＰ来宪成ＰＣ的工作。ＰＣ将整个传输分为竞争阶段（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ裙菲竞争阶８ｔ（ＣｏｎｔｅｎｔｉｏｎＦｒｅｅＰｅｄｏｄ，ＣＰ）Ｐｅｒｉｏｄ，ＣＦＰ）。所考在ＢＳＳ中的可以在ＣＦＰ除段进行操作的无线节点称为ＣＦ－Ａｗａｒｅ带点。谯ＣＦＰ阶段中，由协调节点Ｐｃ来 对翁ｌ奔遴露羧刳。８０２。１Ｉ牵支持三饕不阏赘鞍；警理羧、控利竣弱数据骥。管建 帧用来进行计时和阍步；控制帧用来在ＣＰ阶段进行确认和通知ＣＦＰ阶段的结束；薹童燮鲎堡主兰堡笙茎数据帧用于在ｃＰ阶段和ＣＦＰ阶段中进行数据传输。重鉴墨堡翌整竺星堡堡墼壁燕签壅ＰＣＦ嚣要毒ＤＣＦ多冬嚣运费，势蔗在逻辑上运行在ＤＣＦ瓣上屡。无线鼷声繁 点依靠稳测ＣＦＰ循环阐隔（ＣＦＰ―ＲＡｔｅ）来判断ＰＣＦ所运行鹩频段。在循环间隔 中ｔ一部分的时间被分瓢给了无竞争的业务，剩余的时间提供给基于竞争的北务。 ＣＦＰ循环间隔是由ＰＣ赝产生的一个信标帧（Ｂｅａｃｏｎ Ｆｒａｍｅ）寒视始他的，主要 任务之一就是瑶来遴行丽步帮定要尊。ＣＦＰ循环满隔楚一个哥管溪豹参数，麓一个 在信标帧中的整数值。一旦ＣＦＰ＿Ｒａｔｅ建立起来。则ＣＦＰ所在的时间段就被决定 了。ＣＦＰ的最大值由锗理参数ＣＦＰ Ｍａｘ Ｄｕｒａｔｉｏｎ来决定。ＣＦＰ ＭａｘＤｕｒａｔｉｏｎ匏最小毽楚髭够瀵是终埝嚣个最长ＭＰＤＵ夔露灏，这一对阗壤捷嚣镂、穰戆仡 信标帧和一个ＣＦ―．Ｅｎｄ帧。ＣＦＰ―Ｍａｘ―Ｄｕｒａｔｉｏｎ的绶大值是ＣＦＰ循环间隔与程ｃＰ（包括ＲＴＳ／ＣＴＳ和ＡＣＫ）中传输的鼹长ＭＰＤＵ所用时间的麓值。这样，猩ＣＰ中，至少霭要给一个ＭＰＤＵ分配传输时闻。由ＡＰ来决定在佼何给出的德环闽 隔中黥ｅＦＰ的运嚣辩瀚。鲡暴堑努爨不大，ＰＣ麟会缩短ＣＦＰ，并将循环润鞴剩 下的时间都分配给ＤＣＦ。如果在上一次循环闻隔中有未处理的ＤＣＦ业务。ＰＣ也会缩短ＣＦＰ。当ＤＣＦ在传输ＲＴＳ／ｃＴＳ握手，煅长的ＭＰＤＵ和ＡＣＫ的时候，疆应懿ＣＦＰ藏会毅篷缭翻最短。ＣＦＰ循环间隔ＣＰ。ＣＦＰ循环间隔ｅＰ’ ，ＣＦＰＣＦＰ，’ＢＰＣＦＤｃＦＢＰＣＦＤＣＦ圈３―１６ＰＣＦ与ＤＣＦ机制麸襻示意图在ＣＦＰ循环间隔的开始阶段，ＢＳＳ中的所有的无线节点将各自的ＮＡＶ恧新 成为ＣＦＰ的最大僮（ＣＦＰ Ｍａｘ Ｄｕｒａｔｉｏｎ）。在ＣＦＰ中，无线节点只有在接剿ＰＣ 的轮询或者在竣到一个ＭＰＤＵ需要发送一个ＡＣＫ豹情况下，才麓够进行终输。 在ＣＦＰ的开始阶段，ＰＣ对传输媒介进行检测。如果在传输嫩介在ＰＩＦＳ的时间 里都是空闲的话，ＰＣ就发送信标帧来对ＣＦＰ进行初始化。在发送了信标帧之后， ＰＣ经过ＳＩＦＳ豹等待，逶过发送ＣＦ Ｐｏｌｌ挟、数攒峻，开戆：逸器ＣＦ铸辕；ＰＣ氇 可以通过发送一个ＣＦ Ｅｎｄ帧来崴接结束ＣＦＰ，这种情况程网络流量不大戏者 ＰＣ没有她务缓存的时候是经常出现的，如果一个无线节点牧剥Ｐｃ发送过来的ＣＦＰｏｌｌ峻，这个节患羧会在等待ＳＩＦＳ之后，囱ＰＣ囝送ＣＦ ＡＣＫ帮需要传辕的数据。翔果Ｐｃ接牧猁了这些信息，Ｐｅ藏会黢遴ＣＦ＿ＡＣＫ帮嚣要传输静数据，就京都龟走学预士擘链论文茏线局域鞴ＭＡＣ蔗协议鹩性能研究并对下一个无线节意进行轮询。辫被轮询到静无线节点没有需要镥输豹啦务时， 节点就会向ＰＣ发送Ｎｕｌｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ峻。如果ＰＣ没有威功地接收到鼹传竣蛇数攒 的ＡＣＫ，就会在等待一个ＰＩＦＳ间隔后，向下～个无线节点避行轮询。［二二二二二亘二二二：：二：Ｌ图３．１７ ＣＦＰ中ＰＣ与无线用户节点传输示意图在无线节点经邀轮谗，劳竞泼了上述载掇体之爱，瞧诲会爨簧泰ＢＳＳ内黪 其它无线节点进行邋信。当嗣的节点接收到这个帧之尉，将会返回一个ＤＣＦＡＣＫ 给发送节点，弼对ＰＣ将会在这个ＡＣＫ之磊等待ＰＩＴＳ海隔的时淘才霞送行传输。［二二二二二ＳＩＦＳ互二二二二，图３．１８ ＣＦＰ申无线用户节点鞠互祷输示意图本章主要对８０２。１ｔ中的物璎层和ＭＡＣ所采用的藏要技术进行了较深入的分 析，以骺章节中将熏点对ＭＡＣ层采用ＤＣＦ机制时的网络性能进行深入的分析和研究。整燕黧登查兰堡圭篓彗燕苎歪篓蹩整翌笙竺堡垒毯壁垒整堡塞第四章８０２．ｉ ＩＭＡＣ层多址接入协议研究零文的研究工俸莛月于舔谬多缝竣入锈议对系统稳麓的彩豌，主要针对无线局域网标准ＩＥＥＥ８０２．１１的采阁基于载波般听碰撞避免（ＣＳ凇／ＣＡ）的四次握手多址接入协议进行研究。下面首先对ＣＳＭＡ／ＣＡ＋ＲＴＳ／ＣＴＳ＋ＡＣＫ加以简介，然爝介绍几个 重要戆羲麓指撂以及嚣终缭稳攘垄、粒频遁镶模鍪、数攒渡务产生模黧，然嚣详 细描述仿真的协议及其仿真建横过程，最焉介绍仿真程序的设计。最聪给出仿真结果及结果分析。４，ｌＣＳＭＡ／ＣＡ＋ＲＴＳ／ＣＴＳ＋ＡＣＫ给议楚奔 如图４―１所示。图中的ＲＴＳ为请求发放包，ＣＴＳ为清除发送包，Ｄａｔａ为数据信感包，ＡＣＫ为确认包。这个协议的基本概念是：当菜终端有数据要发送对，首 先※震ＣＳ淞／鼹的方式蠢搂入点（露戮是熬浩、集孛爨躐终溃）菱整瀵求发送痿息包（ＲＴＳ），此ＲＴＳ中包括源终端的地址和茸的地址（接入点地址），接入点收 到ＲＴＳ后，发如清除发送包（ＣＴＳ），ＣＴＳ觎中包含有发出请求的终端的地址，发爨请袭兹终臻牧到ＣＴＳ矮恕渡入点发送数掇绉惑包（Ｄａｔａ），与ｊ逝固辩，其氇煎 昕倍道的终端收到目的地址不是自己的ＣＴＳ，推迟自己簧发送的包。按入点正硫 接收到数据后，发出确认信息包（ＡＣＫ），此终端接收后，才能确认此数据包发送成功。图４－１ ＣＳ姒／ＣＡ＋ＲＴＳ／Ｃ筠＋ＡＣＫ零文孛褥鼗游议震ＣＳＭＡ／ＣＡ＋ＲＴＳ／ＣＴＳ＋ＡＣＫ寒表零。４．２多址接入协议的性能指标 一个ＭＡＣ协议在实用中是否可行，如何对其性能做出定量的评估，这些问题 对于使用协议的人来说是十分重要。下面引入三个描述ＭＡＣ协议的指标：吞吐量、 总业务量、平均传输延迟。（１）吞吐量（Ｓ）：把单位时间内在信道上成功传输的信息量定义为吞吐量。假 设帧长为固定，长度为Ｌ比特，且单位时间（以下设为秒）内成功传输的帧数为ｎ，则吞吐量表示为ｎＬｂｐｓ（比特／秒）。通常，用信道传输速率Ｒ（ｂｐｓ）对吞吐量归一化，归一化的吞吐量由ｓ表示，即ｓ：ｎ。三Ｒｒ这时在，Ｔ＝睾为每帧在信道上的发送时间。Ｋ如果在信道上帧不发生碰撞，且帧间隔为零的话，信道将最大限度地使用， 这时碰＝Ｒ，即吞吐量Ｓ＝１。相反，如果信道上所有的帧发生碰撞，即成功传输的帧数ｎ＝０的话，吞吐量达最小值Ｓ＝０。（２）总业务量（Ｇ）：把欲进入信道要求传输的帧分为两类：一类是各站新产生 的帧，另一类是由于碰撞和其它传输错误要求重传的帧。我们把信道上所 有的站在单位时间内要求传送的帧的信息量称为信道的总业务量。总业务 量等于单位时间内新产生帧的信息量与重传帧的信息量之和。与吞吐量类 似，常用信道传输速率对总业务量归一化，归一化的总业务量常用符号Ｇ表。（３）平均传输时延（Ｄ）：某一帧从进入缓冲器的时刻开始，至成功地到达目的 站接收缓冲器的时刻为止的一刻时间，称为帧的传输时延。当菜帧被成功 地传输时，其时延时间主要是发送等待时间（即为获得信道使用权的等待 时间）和该帧在信道上的传输时间（即Ｔ）组成。如果发生碰撞或者传输错误，时延还应包括由于重传而带来的时延。由于每帧的传输时延可能不同，一般取一帧的平均传输时延作为帧时延的量度。通常用一帧的传输时间（Ｔ） 对平均传输时延归一化，该平均传输迟延用符号Ｄ表示。 ４．３网络结构模型 在第三章中已经讨论过，无线局域网可以采用中心控制，分布式两种拓扑结构，并且为扩大覆盖范围，可以划分小区进行频率复用。本文是针对中心控制点对多点结构的单一小区的无线局域网进行多址接入协议仿真的。具体网络结构如图４―２所示．』堕堕堕型苎塑型苎竺哒一一垂丝墨垫旦！竺曼星堡堡塑壁壁！塞无线用户臂点无ｊ巳缱接八点ｊ巳绕用户精点凰｜ 凰｜ 凰图４―２集中式无线网络结构系统中包括一个基站（ＡＰ）和Ｎ个终端。基站的覆盖半径为ｌ的范围。设终 端只与基站进行通信，终端之间不能直接进行通信。此Ｎ个终端及基站共用一个 无线信道，发出的信号为广播信号，每个终端都可以收到基站发出的信号，但不 一定能收到其它终端的信号，也就是随终端之间不一定在视距范围内，这就存在 了隐藏终端的问题，具体情况将在以后讨论。 ４．４射频通信模型 射频通信是指收发射频信号。实际的无线数据通信系统中主要存在以下几个问题：１）信道具有多径衰落的特性，其物理特征会在很短的时间或很短的距离 内发生变化，从而导致通信的不可靠。根据有关资料给出的在室内无 线传播环境下的信道测量结果，信道的统计特性（决定了信号的接收 强度）在１０到２０ｍ ｓ中或每移动ｌ英尺都会有很大变化。２）捕获（Ｃａｐｔｕｒｅ）效应及干扰（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）Ｉ问题。当两个或两个以上的信 息包同时到达接收机时，有的信息包的信号强，有的信号弱。最强的 信号被当作有用信号，丽其他的弱信号被看作干扰，当信干比（ＳＩＲ） 超过接收机的ＳＩＲ门限时，那么最强的信号被正确接收。这就是捕获 效应。捕获效应将导致不公平接入，造成某些终端长期无法进行通信。 碰撞（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ）问题。如果信息包不是同时到达接收机，那么后到３）蔓塑妻奎堂篓主堂垒兰鎏差蹩墨茎蹩！鲨蒌塑望塑整堑琶壅的僖息苞，即使馈号更强，也被当雅于挽，游且将破坏辩嚣信息包的 按收。或者当信予眈低于门限时，也无法正确接收。遮就是磁撞。４）隐藏（Ｈｉｄｄｅｎ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）终端闯麒。当两个终端之间的鼹离大于信号可歪确搂浚静甏离，或之阕脊漳褥物黻挡甜，嚣福不能簸褥翻对方发出 豹缓惠。这懿楚戆藏终端翘题。当采取载波簸赘豹多薤接入协议辩， 这个翘鬈对势议拨姥影确缀大。嚣麓当一个终壤发爨然惑奄蜃，宅豹 隐藏终端无法监嘶到僚道已被占用，如疑发出信息包憋导致碰撞。５）传播时延。无线髑域网通僚距离很缀，～般为十几米刘几百米，匿此 冤线传播时廷相对很小。例如设通催距离为３０米，数据滤率为ｌ，数 据截长１０００比特，则相对时嫩为０．０００１，可以忽略不计。西为本文 将不考惑传播藉寸疆静影嫡。阪上麓蘧褒裁定缓入耱漩瓣努鬏绘予考瘩。逡锩遂俦输润送裙警复杂，在藏 不霹能对甾遴鹣实霞情援送行其传疆究接粪，缀戴凌这墨将接遭理想诧，鞠接遂 为无衰落的，传输是可靠的。由于对傣道不进行模拟，殿以不能计簿僚号的强弱， 因此也将不考感搪获效应及干扰阏题。凡怒两个信息包阅时劐达豉第一个信息包 还未接收完时，又有新的信崽包劐达，将都被视为笼效传输，即发敷了碰撞。 本文将对隐藏终端的问题进行讨论。由于等致出现隐藏终端的情况狠多，为 矮子讨论，掰霄终端筠随机分布在戳舻兔中心，半径为ｌ豹嚣域淹。设定一个疆 离门陵，当两个终端之闽豹鞭离大予门疆疆离澍，粼它靛互淹稳藏终滚。 ４．５数据业务模型 数据穰蔗按照穗薹戮逡蠲疆笼耱曩独立量隽负器数分衣黪滚捡至《这模式声 生的。数提到达浆平均时闯阕隰是根攒翅瓣受载参数Ｇ计算褥到螅。媚对受载参 数是用信道容擞进行规一他的数攒速率，当Ｇ为ｌ时，数据速率等于信道容量。 如粟数据包豹长度为定德，则Ｇ为单媳时润内产生的数据包数，即数错的到达率。 这里的单位时间指传送一个数据镪所嚣要靛时间，即：包长（ｂｉｔ）／倍遒容量（ｂｉｔ／ｓ）。还簧说绢豹惩Ｇ包括成功传送的毯数和亩予缓冲嚣满面被拒绝的包 数，焉不毯据炎黢羹发鹣毽数，憋苓黩捂ＲＴＳ，ＣＴＳ嚣ＡＣＫ邀些攥等绩患键。 演捡分蠢隧梗数戆摸块滚程鬻絮黧４－３掰暴。北京邮电大学硕士学位论文无线局域网ＭＡＣ层协议的性能研究ｌ产生（０。１）均匀分布的随 ｌ机变量上Ｉ产生指数分布的到达时间间 Ｉ隔１０Ｉ产生指数分布的随机到达时１间图４－３泊松分布随机数产生过程这里的负载是系统的各个终端的负载，每个终端独立的按照泊松分布产生自 己的数据的包。每个终端设有一个缓冲区，即最大可存储的数据包数，当某一包到达时，如果缓冲区己满，此包将被拒绝，如果不满，则进入缓冲区等待发送。 ４．６退避算法出于本文仿真的协议采用的是坚持监听的方式，对信道的接入是竞争的，因 此必须采用合适的退避算法使请求接入信道及碰撞后重发随机化，并且分散程度 较大，才能减少碰撞或再碰撞。不同的退避算法对防止碰撞的作用有所不同中， 退避算法的选择对网络的性能有着很大的影响。 ４．６．１常见的退避算法 （１）截断的二进指数退避算法 这种算法是在二进指数退避算法基本上作了改进后得到的，对退避的时间的 最大值有一个限制，认为在网内的终端数是有限的。没有必要把退避时间计算得 非常大。因此为其规定了一个可能的最大上限。如果冲突过多，将放弃此数据包 或以故障报告主机进行处理。以太网采用的就是这种算法。其表示式为：ＢａｃｋｏｆＦＴｉｍｅ＝ＩＮＴ（ＣＷ ｘ Ｒａｎｄｏｍ ０）ｘＳｌｏｔＴｉｍｅ 其中 Ｃ∥：矽×２ｍ～，ｍ∈［１，ⅡｌＳ．Ｘ］４１生室塑皇查兰璧主兰垡堕．一歪塑墨堕曼婪悠星堡堡塑垒堕黧塞Ｒａｎｄｏｍ（