本文關鍵詞： 速率自適應 調(diào)制編碼方式 多輸入多輸出 聚合的MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元　出處：《西安電子科技大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：由于微波通信中無線鏈路不可靠,節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時所選的發(fā)送速率和傳輸模式并不一定適應當前信道傳輸狀況。當無線鏈路質(zhì)量良好時,如果采用低的速率發(fā)送數(shù)據(jù),將會導致網(wǎng)絡吞吐量降低;然而當無線鏈路質(zhì)量較差時,如果采用高的數(shù)據(jù)發(fā)送速率,將會導致高的誤比特率(BER)。因而節(jié)點需要在傳輸過程中實時計算并預測信道質(zhì)量變化,采取適應當前信道的數(shù)據(jù)傳輸速率,即速率自適應。速率自適應算法應用于媒質(zhì)接入控制(MAC)層,在數(shù)據(jù)傳輸前決定其發(fā)送速率以及傳輸模式。數(shù)據(jù)發(fā)送速率由物理層提供的不同等級的調(diào)制編碼策略(MCS)選定,而傳輸模式則由物理層的多輸入多輸出(MIMO)模式實現(xiàn):空間分集(SD)或者空間復用(SM)。速率自適應對提高無線資源利用率和整個網(wǎng)絡的性能有著重要的影響。根據(jù)是否依賴反饋信息,速率自適應可以分為開環(huán)的速率自適應算法和閉環(huán)的速率自適應算法。每類算法各有其特點,開環(huán)速率自適應算法無需更改協(xié)議,實現(xiàn)簡單;而閉環(huán)速率自適應算法對信道的預估相對更加準確。即使同一類中,不同的速率自適應算法,其性能也各有差異,沒有任何一種算法能完美適應所有應用場景。本文提出了用于IEEE802.11n標準下兼容AMPDU的自適應多速率和變聚合度重傳算法AMRAL。算法主要包括信道質(zhì)量預測機制、速率調(diào)整機制、聚合度調(diào)整機制和A-RTS/CTS機制四部分,通過分析Bitmap,獲取丟失分組在AMPDU中分布情況來估計信道質(zhì)量的變化趨勢,同時根據(jù)對信道質(zhì)量好壞和變化趨勢的預測,將數(shù)據(jù)傳輸速率和聚合幀長度結合進行調(diào)整。AMRAL算法的創(chuàng)新點在于首次提出了對聚合幀的長度進行自適應調(diào)整以適應信道傳輸狀況,同時還在于通過分析Bitmap來預測信道變化趨勢,從而使得算法對信道狀況的預估更加合理準確。通過對數(shù)據(jù)傳輸速率、聚合幀長度、MIMO模式的聯(lián)合自適應調(diào)制,AMRAL算法能更加有效地利用信道。通過在網(wǎng)絡仿真軟件NS-3中實現(xiàn)AMRAL、Atheros和MiRA算法,本文對這三種速率自適應算法的性能進行了對比分析。其中Atheros和MiRA算法已經(jīng)在硬件驅動中實現(xiàn)并且廣泛應用。在算法收斂性方面,仿真結果表明AMRAL算法比Atheros和MiRA算法能夠更快地收斂到適合當前信道的傳輸速率;在信道適應性方面,AMRAL算法表現(xiàn)良好,特別是在長距離通信場景中;而在網(wǎng)絡吞吐量方面,仿真結果顯示AMRAL可以有效提升傳輸空口時間內(nèi)信道利用率。
[Abstract]:Due to the unreliable wireless link in microwave communication, the transmission rate and transmission mode selected by the node when transmitting data are not necessarily adapted to the current channel transmission condition. When the wireless link quality is good. If the data is sent at a low rate, the network throughput will be reduced. However, when the wireless link quality is poor, if the high data transmission rate is adopted, it will lead to a high bit error rate (BER). Therefore, the node needs to calculate and predict the channel quality changes in real time during the transmission process. The data transmission rate adapted to the current channel, that is, rate adaptive. Rate adaptive algorithm, is applied to the medium access control (MAC) layer. The transmission rate and the transmission mode are determined before the data transmission.; the data transmission rate is selected by the different levels of modulation and coding policies provided by the physical layer (MCSs). The transport mode is implemented by the multi-input and multi-output MIMO-mode of the physical layer: spatial diversity (SDN) or spatial multiplexing (SMM)). Rate adaptation plays an important role in improving the utilization of wireless resources and the performance of the network as a whole, depending on whether or not it depends on feedback information. Rate adaptation can be divided into open-loop rate adaptive algorithm and closed-loop rate adaptive algorithm. The closed-loop rate adaptive algorithm is more accurate to predict the channel. Even in the same class, the performance of different rate adaptive algorithm is different. No one algorithm is perfect for all application scenarios. This paper presents an adaptive multi-rate and variable degree of aggregation retransmission algorithm AMRAL for AMPDU compatible with IEEE802.11n standard. The algorithm mainly includes channel quality prediction mechanism. Rate adjustment mechanism, degree of polymerization adjustment mechanism and A-RTS / CTS mechanism, through the analysis of Bitmap. The distribution of the lost packets in the AMPDU is obtained to estimate the variation trend of channel quality, and to predict the channel quality and the changing trend according to the channel quality. The innovation of combining the data transmission rate with the aggregate frame length to adjust .AMral algorithm is that the adaptive adjustment of the aggregate frame length is proposed for the first time to adapt to the channel transmission situation. At the same time, the channel change trend is predicted by analyzing Bitmap, which makes the estimation of the channel condition more reasonable and accurate. Through the data transmission rate, aggregate frame length. The joint adaptive modulation algorithm of MIMO mode can make use of the channel more effectively. The Atheros and MiRA algorithms are implemented in the network simulation software NS-3. In this paper, the performance of these three rate adaptive algorithms is compared and analyzed. Among them, Atheros and MiRA algorithms have been implemented in the hardware driver and widely used. The simulation results show that the AMRAL algorithm can converge faster than the Atheros and MiRA algorithms to the transmission rate suitable for the current channel. In the aspect of channel adaptability, the AMral algorithm performs well, especially in long distance communication scenarios. In terms of network throughput, the simulation results show that AMRAL can effectively improve the channel utilization in transmission space time.
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN925

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本文編號：1488186