WLANs中基于最优竞争窗口的分布式自适应接入机制关键技术研究

By studying the network performance in WLANs with different variations of node number and QoS requirements, we analyze the key technologies and theoretic approaches of distributed and adaptive access mechanisms in saturation status. We mainly analyze the feedback signals of channel status, the estimation algorithm of network base information and the length distribution of data frames, and then propose the distributed and adaptive access mechanism based on the optimal contention window with the analysis method of network performance. Aiming at the optimized access mechanisms of DCF/EDCA, we propose a measurement of idle slot intervals supported QoS requirements and a delta estimation algorithm of basic information of network with multiple thresholds based on the current values by constraining the number of successful transmissions of the same node. By combining with the interactive models of data frames, we further analyze the length distributions of data frames which are adapted to the dynamic process of network scale due to the low collision probability of network with the new mechanism. The proposed access mechanism creates a new way and method to analyze the network performance of wireless access mechanism.

分析WLANs中节点个数和QoS服务质量需求对网络性能的影响，研究饱和状态下分布式自适应接入控制机制中的关键技术与理论。通过研究信道状态反馈信息测量方法、网络基本信息估计算法和数据帧长度分布规律，本项目提出基于最优竞争窗口的分布式自适应接入控制机制及其性能分析方法。针对DCF/EDCA优化机制，通过在数据分析中约束同一节点成功传输的次数，本项目提出支持QoS服务质量需求的空闲时隙间隔测量方法，并提出基于当前数值的网络基本信息增量多门限估计算法。新方案保持较低的网络碰撞概率，结合数据交互模式，本项目进一步研究适应网络动态变化过程的数据帧长度分布规律。基于最优竞争窗口的分布式自适应接入机制为无线接入控制技术提供新的发展方向和研究思路。通过新方案的研究，获得具有自主知识产权的关键技术和接入协议，相关研究内容可以拓展到其它研究领域，为下一代无线通信提供理论技术支撑。

背景：.由于智能终端的推广普及和无线用户的增加，加大了对无线接入的带宽和速度等QoS 服务质量要求。随着人们户外活动的增多以及在自然灾害救治的需要，无中心基于竞争的分布式无线接入设备使用场景越来越丰富。其中，最突出的问题是随着网络中用户（设备）数量的变化和不同QoS 服务质量需求的增加导致网络性能的下降。本项目主要解决用户数量增加导致网络总吞吐量和权重公平性性能下降的问题。..主要研究内容：.针对不同QoS需求的网络环境下，主要研究内容：（1）信道状态信息估计测量方法。包含了对等网络和异构网络条件下的信道状态信息估计测量方法；（2）网络基本信息测量预测算法。针对不同接入参数的节点，关键是如何根据信道状态信息判断并预测网络基本条件；（3）数据交互模式和数据帧长度分布规律研究。主要结合QoS网络环境研究如何达到吞吐量权重公平性。..重要结果：.针对研究内容（1），提出了一个信道状态信息计算方法。计算信道中两次数据传输事件之间的平均空闲时隙间隔， ， 是相应第 个发送节点吞吐量权重等级因子。通过调整吞吐量权重等级因子，可以约束同一周期内，不同权重等级节点传输次数对于平均空闲时隙间隔参数计算的影响作用。.针对研究内容（2），在支持QoS需求的网络中，提出一种自适应的感知窗口（Detection Window， DW）调整方法。节点在感知窗口内完成信道状态信息监测功能。采用感知窗口，节点主要完成信道状态信息监测和计算分析过程，包含了信道状态信息统计计算，网络基本参数预测和感知窗口自适应动态调整三个过程。.结合研究内容（1）和（2），提出一种新的针对多个吞吐量优先等级的无中心接入方案，可以用于三个及以上等级的网络环境。.针对研究内容（3），结合数据交互模式提出了一种数据帧长度的优化方案，相关算法正在完善，还需要仿真验证。...科学意义：.本项目是对标准协议IEEE802.11协议族的优化，基于研究内容（1）和（2）分别提出了无线通信信道状态信息测量方法和感知窗口机制，补充完善了标准协议对QoS需求网络的支持。所提出的无中心接入方案，实现并完善了对于三个及以上等级QoS需求网络的权重公平性问题，相关解决方案可以推广至其它无线协议中。.本项目研究提出的方法和相关机制，是对标准协议的优化完善，其功能可以运用于不同的场景。

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