WLAN多接口多信道切换机制与动态网卡选择研究

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在无线接入技术中,有线或无线链路被用作无线站点与控制中心(或交换中心)之间数据传输的承载链路,这些承载链路共同组成了无线接入网(Radio Access Network, RAN)的回传。回传网络对带宽、时延以及吞吐量等性能有较高要求。随着网络覆盖范围和业务负载的增大,传统的基于xDSL、FTTx以及点到点微波回传方案在高速数据流量及密集网络覆盖的场景下,面临着实现及成本的挑战。点到点微波回传网络一般工作于Licensed频谱,要求视距链路,造成了容量扩充成本较高和频谱短缺的问题。而基于光纤的回传网络价格昂贵,布置耗时。由于WLAN技术具有传输速率高、布点与组网方式灵活、部署成本低等优点,使其具有成为新一代无线回传网络解决方案的潜力。在WLAN中,如何衡量无线信道的质量、及时检测干扰的发生、在切换时选择合适的目标信道以及尽量减少切换时延和丢包率是亟待解决的问题。本文针对WLAN无线回传链路应用场景,在AP端和STA端均配置多个无线网卡,提出了一种联合考虑信道质量和上层业务负载量的多接口多信道的信道状态检测及信道切换机制(MIMC-SDSS)。在该场景中,使用一张网卡作为控制网卡,其余无线网卡作为数据网卡用于传输数据。控制网卡进行周期性信道干扰检测,并计算各个信道的优先级参数。将信道质量和上层业务负载共同作为信道切换的判决条件,当信道干扰程度达到切换判决阂值后启动信道切换操作,切换到优先级参数最高的信道。基于NS-3平台的仿真结果显示,该算法能够有效降低信道切换时延,并缓解因信道切换而导致的吞吐量急剧下降的问题。此外,由于数据流量具有突发性、不稳定等特点,如何根据上层数据流量的变化,动态选择网卡数量、并在多个网卡间合理分配数据流量是需要研究的另一个关键问题。本文提出了一种基于负载感知的动态网卡选择机制(MIMC-DNS),该机制能根据业务负载变化的情况以及网卡的数据传输能力,选择合适数目的网卡用于数据传输。然后根据各个网卡的平均预计发送时延大小,将数据包按比例分配至激活的数据网卡中。性能仿真结果显示,该机制能够根据业务负载大小,动态选择适当数目的网卡进行数据传输。而且能在不降低服务质量的前提下,提高信道使用效率,减少能耗。本文共分为4章。第1章简要介绍了本课题的研究背景、意义以及主要的研究内容。第2章着重阐述了几种多信道MAC协议以及信道扫描及切换的研究现状,并介绍了本文使用的仿真工具。第3章讨论了多接口多信道状态检测及切换机制及其性能仿真与分析。第4章阐述了多接口多信道的动态网卡选择机制,并通过仿真验证了该算法的性能。最后,对论文进行总结,提出未来研究的方向。
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