基于認知無線電的無線局域網(wǎng)MAC層協(xié)議.pdf

1、近幾年來,無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Networks,WLAN)技術(shù)以其易接入,易擴展,傳輸速率高等優(yōu)勢受到了大力推廣,并取得了巨大的成功。與此同時,公共WLAN熱點也在廣泛的部署。然而,正是WLAN設(shè)備的日益增加的現(xiàn)狀加上當前頻譜管理方法的缺陷,造成了WLAN所使用的開放性ISM(Industrial,Scientific,Medical)頻段(2.4GHz和5GHz)的網(wǎng)絡(luò)擁塞,而占絕大多數(shù)的授權(quán)頻譜并沒有

2、得到充分利用的情況。
　　在這種情形的驅(qū)使下,美國電氣和電子工程師協(xié)會(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)為WLAN制定的相關(guān)標準IEEE802.11也在不斷的完善和發(fā)展。最新提出的IEEE P802.11af草案旨在通過允許WLAN設(shè)備伺機接入空白電視頻段(TV White Space,TVWS)的方法擴大了WLAN設(shè)備的可用頻譜,從而改善了WLAN的系

3、統(tǒng)性能。
　　認知無線電(Cognitive Radio,CR)技術(shù)將頻譜使用者分為認知用戶和授權(quán)用戶,并允許認知用戶在不影響授權(quán)用戶的前提下接入到授權(quán)頻譜中使用。因此,本文基于IEEE P802.11af草案,將CR技術(shù)應(yīng)用到WLAN的MAC層協(xié)議的設(shè)計中。其中,認知用戶是使用CR技術(shù)的WLAN用戶,授權(quán)頻譜為TVWS,授權(quán)用戶為TV。具體包括以下兩個內(nèi)容:
　　第一,在分析了傳統(tǒng)IEEE802.11中的MAC層協(xié)議的基礎(chǔ)

4、上，針對載波監(jiān)聽多點接入碰撞避免(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, CSMA/CA)協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸特點,應(yīng)用CR技術(shù)對該協(xié)議進行改進,提出了一種可以伺機接入到TVWS中的新的WLAN MAC協(xié)議,命名為C-CSMA/CA(Cognitive Radio CSMA/CA)協(xié)議,該協(xié)議基于CR中頻譜感知技術(shù)提出了帶外檢測和帶內(nèi)檢測兩種檢測機制,其中帶外檢測用來檢測 TVWS

5、中的可以使用的頻譜,帶內(nèi)檢測用來檢測當前使用的TVWS中是否有TV信號。通過接入點(Access Point,AP)中設(shè)置了TVWS頻譜列表,根據(jù)TV對TVWS的使用情況對TVWS頻譜狀態(tài)進行實時更新。WLAN用戶將根據(jù)該列表對TVWS頻段進行頻譜接入,頻譜切換和退避抉擇。最后文本對該協(xié)議進行了網(wǎng)絡(luò)仿真,仿真結(jié)果得出,在一個具有相對較多節(jié)點的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型BSS中,C-CSMA/CA在網(wǎng)絡(luò)吞吐量,丟包率,媒體接入延時這三種網(wǎng)絡(luò)性能指標上都優(yōu)

6、越于傳統(tǒng)的CSMA/CA。較好的解決了傳統(tǒng)IEEE802.11中的WLAN網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。
　　第二,由于網(wǎng)絡(luò)中可以支持多媒體業(yè)務(wù)是WLAN發(fā)展的迫切需要,因此,IEEE802.11e中提出了具有對多媒體業(yè)務(wù) QOS保障的增強型分布式信道接入(Enhanced Distributed Channel Access,EDCA)機制。本文對該機制進行了研究分析,并通過實驗仿真后得出,EDCA機制并沒有改進CSMA/CA這種競爭信道接入方

7、式在網(wǎng)絡(luò)擁塞情況下表現(xiàn)的不足。同時,EDCA通過規(guī)定業(yè)務(wù)的接入優(yōu)先級來實現(xiàn) QOS保障的方式對低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)傳輸也存在一定的不公平性。為此,本文同樣將 CR技術(shù)應(yīng)用到了EDCA機制的協(xié)議改進中,提出了C-EDCA(Cognitive Radio EDCA)接入機制。該機制在制定WLAN如何使用TVWS頻段來解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題的同時,考慮到了對多媒體業(yè)務(wù)的QOS保證。因此針對不同的傳輸業(yè)務(wù)制定了不同的信道接入策略。最后,本文對C-EDCA進