近年來(lái),無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(Wireless Local Area Networks,WLAN)已成為最重要的流量承載方式之一。第五代通信系統(tǒng)(The 5~(th) Generation Communication System,5G)將是多種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的融合,包括5G新空口(New Radio,NR)、4G長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evolution,LTE)、WLAN等,以實(shí)現(xiàn)更大的覆蓋范圍、更高的可用性和網(wǎng)絡(luò)密度。IEEE 802.11作為WLAN的通信標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)引入多輸入多輸出、空間復(fù)用等技術(shù)有效提高了傳輸速率,但即使最新的WLAN標(biāo)準(zhǔn)仍無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)5G的速率需求。超高速WLAN,一種結(jié)合最新IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)并不斷向5G多元化需求發(fā)展的新型無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù),由于能夠?qū)崿F(xiàn)超高速的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)傳輸來(lái)應(yīng)對(duì)5G更大容量以及多樣化應(yīng)用場(chǎng)景帶來(lái)的挑戰(zhàn),逐漸在業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注。目前超高速WLAN中仍然存在亟需解決的問(wèn)題:一方面,超高速WLAN需要滿(mǎn)足更高傳輸速率的需求;其次,效率低下的MAC層協(xié)議成為了限制系統(tǒng)性能的主要因素,因此需要改進(jìn)媒體接入控制機(jī)制,以提供更高的服務(wù)質(zhì)量。針對(duì)以上問(wèn)題,本文研究了超高速WLAN跨層優(yōu)化技術(shù),具體的工作及貢獻(xiàn)概括如下:針對(duì)超高速WLAN更高傳輸速率的需求,結(jié)合IEEE 802.11ay波束成形的思想,通過(guò)引入波束切換技術(shù),本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新型跨層天線(xiàn)控制協(xié)議。波束切換技術(shù)具有高定向增益的特點(diǎn),能夠有效提高吞吐量,實(shí)現(xiàn)可控的空分多址接入�？鐚犹炀�(xiàn)控制協(xié)議主要由波束訓(xùn)練方案和波束切換方案組成,基于兩階段的二分波束訓(xùn)練方案以極低的時(shí)間復(fù)雜度完成了節(jié)點(diǎn)與最佳波束的映射過(guò)程,波束切換方案根據(jù)節(jié)點(diǎn)的不同狀態(tài)完成相應(yīng)的波束切換動(dòng)作。針對(duì)波束訓(xùn)練中節(jié)點(diǎn)可能處于“模糊地帶”的問(wèn)題,提出了一種基于多天線(xiàn)的解決方案。最后,本文基于OpenWRT平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了跨層天線(xiàn)控制協(xié)議,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比全向天線(xiàn)方案,所提協(xié)議的平均吞吐量增益可達(dá)45.35%;相比基于遍歷的波束訓(xùn)練方案,波束訓(xùn)練耗時(shí)降低近64%。針對(duì)MAC層接入機(jī)制效率低下的問(wèn)題,本文結(jié)合超高速WLAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特點(diǎn),提出了一種基于負(fù)載優(yōu)先級(jí)的自適應(yīng)退避算法�？紤]到超高速WLAN中作為流量聚合的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)及其鄰節(jié)點(diǎn)往往具有較大的碰撞概率和較高的流量負(fù)載,本文利用跨層思想獲取物理層和鏈路層的統(tǒng)計(jì)信息,構(gòu)建優(yōu)先級(jí)變量與衡量信道繁忙程度的繁忙因子,使高流量負(fù)載的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先接入信道,同時(shí)動(dòng)態(tài)控制競(jìng)爭(zhēng)窗口的變化,減小節(jié)點(diǎn)間的沖突概率。通過(guò)仿真分析,本文所提算法在吞吐量、平均端到端時(shí)延和丟包率方面都有良好的表現(xiàn)。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN925.93
【部分圖文】：

跨層天線(xiàn)控制協(xié)議主要由信息獲取及數(shù)據(jù)處理、波束訓(xùn)練方案和波束切換方案三部分組成，其設(shè)計(jì)原理示意圖如圖 3.2 所示。圖3.2 跨層天線(xiàn)控制協(xié)議設(shè)計(jì)原理示意圖信息獲取是跨層天線(xiàn)控制協(xié)議的關(guān)鍵，通過(guò) IEEE 802.11 協(xié)議棧提供的接口，可以跨層獲取到關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的性能信息（如吞吐量、接收信號(hào)強(qiáng)度、丟包率等）和狀態(tài)信息；通過(guò)路由協(xié)議棧，可以獲得節(jié)點(diǎn)的路由信息。結(jié)合獲取到的信息，建立關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)性能最優(yōu)波束之間的映射，稱(chēng)為波束映射過(guò)程，同時(shí)將映射信息存儲(chǔ)在關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)表中。波束訓(xùn)練是實(shí)現(xiàn)波束映射的關(guān)鍵，它的目的是快速準(zhǔn)確地定位到關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的位置。但波束映射僅為關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)分配了波束，而波束天線(xiàn)的最終使用是由波束切換機(jī)制完成的，波束切換機(jī)制根據(jù)傳輸幀的類(lèi)型以及節(jié)點(diǎn)的不同狀態(tài)，觸發(fā)不同的波束切換動(dòng)作

圖3.15 debugfs 文件系統(tǒng)聯(lián)節(jié)點(diǎn)性能信息的獲取能信息指的是從 IEEE 802.11 協(xié)議層獲取性能統(tǒng)計(jì)信1 節(jié)所述，分別為吞吐量、重傳率和 RSSI。網(wǎng)中，理想狀態(tài)下吞吐量最大值定義為：d+DATAmaxDATA ACKLThroughputDIFS CW T T SIFS TS，LDATA，TDATA，Td，TACK，CW 分別表示 DIFS 時(shí)長(zhǎng)據(jù)傳輸時(shí)間、幀平均傳播時(shí)延、ACK 傳輸時(shí)間和平均時(shí)變性等因素，上述參數(shù)難以及時(shí)正確獲取。在實(shí)速率算法 Minstrel。Minstrel 算法為每一個(gè)速率保持率下成功傳輸?shù)母怕屎屯掏铝�，其統(tǒng)計(jì)周期為 100m存在 Linux 系統(tǒng)/sys/kernel/debug/ieee80211/phy0/ne

圖3.16 rc_stats 速率信息統(tǒng)計(jì)表對(duì)于 RSSI 的獲取，通過(guò) 3.4.2.1 節(jié)介紹的 Netlink Socket 機(jī)制跨層獲取位于內(nèi)核的信息。Netlinkt Socket 定義了內(nèi)核信息獲取的接口，如圖 3.17 所示。其中NL80211_STA_INFO_SIGNAL 和 NL80211_STA_INFO_SIGNAL_AVG 即為關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的 RSSI 信息。圖3.17 Netlink Socket 定義的信息獲取接口

【相似文獻(xiàn)】

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