802.11无线室内分布式组网优化研究

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随着802.11无线局域网技术的发展以及用户需求的不断提高,网络数据的消费量大大增加,通过无线方式接入网络的设备数量也迅速增长。在应用最广泛的家庭场景下,还存在着信号死角等问题,无线分布式组网能够拓展信号覆盖范围,有效地提升用户体验,但是无线分布式系统中的接入点(Access Point,Ap)设备仍然采用传统的增强分布式接入(Enhanced Distribution Channel Access,EDCA)策略竞争接入信道,并未随着802.11ax协议引入提升信道利用效率的技术特性(如正交频分多址接入技术、MU-MIMO等)而进行改进,依然存在着信道资源利用效率低、数据发送冲突概率大等问题。本文对无线分布式组网存在的技术需求进行分析,将无线分布式组网场景分为同频组网和异频组网场景。首先针对同频组网场景下信道利用效率低下、信道竞争激烈的问题,可以通过统一管理、分配时频资源的方式提高空口效率,降低设备请求接入信道的次数;然后针对异频组网场景,本文提出了使用多个不同信道来规避冲突,提升可用带宽的解决思路,旨在提升局域网净吞吐,降低整体时延。本文结合现有的802.11ax(Wi-Fi6)协议、802.11be(Wi-Fi7)的相关提案以及上述解决思路,提出了具体的解决方案。针对同频组网场景,本文定义了全新的Ap间数据交互方式,实现了前回传同步进行,设计了以最大化吞吐为优化目标的RU动态分配算法,并通过优先队列优先分配的机制,保证前回传数据的优先传输,降低网络整体延时,提升同频场景信道利用效率。对于异频场景,本文设计了双频双发的MAC层架构、发送接收以及反馈确认机制,为802.11be提供了多链路(Multi-Link)特性具体的实现方案,在802.11无线局域网领域具有很强的前瞻性,并为后续仿真工作提供方案参考。本文基于NS3仿真平台搭建了无线分布式组网仿真系统,并对同频组网场景、异频组网场景以及提出的优化场景进行了仿真测试,引入的全新数据交互方式在一定程度上提升了系统的峰值吞吐,并延缓了吞吐的恶化趋势。同时将异频组网的基准场景和优化场景进行比较,得出无信道竞争在三跳无线分布式组网场景下能带来13%左右的应用层净吞吐增益以及降低网络整体延时的结论。
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