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IEEE802.11MAC层的分布式协调功能(DCF)是WLAN中每个无线节点最基本的信道接入方式,它主要采用基于BEB(二进制指数退避)的CSMA/CA机制来实现无线信道的共享。由于 BEB中的初始竞争窗口取决于物理层的特性,不能根据网络中竞争节点数目的变化来调整最佳的竞争窗口值,这降低了无线局域网MAC层的性能。因此,本文从 DCF竞争窗口的优化角度出发,提出了一个新的DCF协议(TOCW-DCF协议)来对MAC层的性能进行优化。具体工作有: 首先,深入研究和分析了IEEE802.11DCF协议和具有常数竞争窗口的DCF协议,在此基础上,从 DCF竞争窗口的优化角度出发,提出了一个具有最佳常数竞争窗口的两级退避机制的DCF协议(TOCW-DCF:Two-stage backoff scheme with Optimal Constant contention Window of DCF)来优化MAC层的性能。TOCW-DCF协议不仅能保证节点始终以最大吞吐量对应的竞争窗口值(最佳竞争窗口)去竞争信道,而且还能给节点中不同传输状态的数据提供两种不同的退避方式:快速退避和正常退避,并减小信道接入延时。 其次,为了验证TOCW-DCF协议的性能,根据TOCW-DCF协议的退避机制,建立了一个二维的Markov数学模型用于对TOCW-DCF协议的分析。该模型除了具有冻结状态及网络忙闲概率外,还引入了一个表示协议的退避判断行为的状态:退避判断状态(-1,0)以及一个反映网络数据传输情况的概率:冲突概率 Pc,使得该模型更准确地反映协议及网络的真实行为。 接着,运用建立的二维Markov数学模型对TOCW-DCF协议在不同规模网络下采用“基本接入”和“RTS/CTS接入”两种模式的系统归一化吞吐量、信道平均接入延时及最佳竞争窗口进行了全面和详细的理论分析和Matlab数值仿真分析,并给出TOCW-DCF协议的最佳竞争窗口值的计算方法。分析结果表明,TOCW-DCF协议不仅能为不同规模网络确定最佳竞争窗口,实现了竞争窗口优化的目的,保证了较好的吞吐量和信道接入延时。 最后,通过OPNET网络仿真工具对TOCW-DCF协议的吞吐量、信道接入延时及公平性进行了仿真和分析,TOCW-DCF协议的OPNET仿真结果与Markov数学模型的分析结果基本一致,进一步验证了 TOCW-DCF协议不仅保证节点始终以最佳竞争窗口去竞争信道来实现很好的吞吐量,且具有较小的信道接入延时和很好的公平性,实现了竞争窗口优化的目的。