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即将于2020年发布的IEEE 802.11ax标准,首次引入正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)机制,以应对密集网络环境下的信道竞争,提升频谱使用效率和网络吞吐率。基于IEEE 802.11ax标准的无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)能够有效拓展多用户并行传输功能,提升物理层的数据传输效率,支持数量日益增长的移动用户接入到互联网,应对复杂多样的网络环境。然而,基于IEEE 802.11ax标准的WLAN面临着在密集网络环境下同时执行数据传输的用户数量多、信道资源紧缺、信道冲突发生概率高的问题,由此带来网络整体信道利用率低下、数据传输延迟较长、网络吞吐率低等亟需解决的问题。本文主要针对IEEE 802.11ax标准的信道接入协议和信道资源分配方案进行研究,旨在提高WLAN的吞吐量并满足数据传输过程的服务质量(Quality of Service,Qo S)指标。本文主要的工作和创新之处如下:提出了基于OFDMA的重传次数感知信道访问(RNACA)方案。IEEE802.11ax标准提供的上行链路基于OFDMA的随机接入(Uplink OFDMA-based Random Access,UORA)机制支持多个用户同时在不同资源单元(Resource Unit,RU)中传输上行数据。借助UORA协议,接入点(Access Point,AP)使用触发帧为关联的移动工作站(Station,STA)动态宣布可供STA争用的随机接入资源单元(Random Access RU,RA-RU),关联的STA采用退避机制竞争RU,随后在竞争获得的RU上并发传输数据。UORA机制的不足之处在于:在RU数量足以供STA使用的情况下,一旦STA传输失败,就将其OFDMA竞争窗口大小加倍,带来了不必要的数据传输时延,影响了信道利用效率以及网络吞吐率。本文所提出的RNACA方案可以克服上述UORA机制所存在的问题。在RNACA方案中,定义了考虑当前传输次数、最大重传次数、资源单元数量和关联STA数量的概率,在STA使用信道发生冲突需要重传数据时,STA通过使用这个概率来决定是否扩大其竞争窗口大小,从而达到有效使用信道并且提高整个网络吞吐率的目的。利用概率论对RNACA方案的数据传输过程进行了数学建模,得到STA在发送数据包时一次传输尝试中成功传输的概率、数据包时延以及网络吞吐率。由此形成一个以吞吐量最大为目标函数,数据包最大重传次数为优化变量的最优化问题。通过解这个最优化问题,得出最大重传次数的最优值,并将之用于RNACA方案。仿真结果表明,与IEEE 802.11ax标准所提出的UORA方案相比,本文的RNACA方案可以获得更高的吞吐量和更低的数据包传递延迟。提出基于OFDMA的上行链路信道保留资源分配(UCR)方案。随着互联网技术的发展,实时性较高的业务对数据传输的服务质量Qo S有了更高的要求,为了满足在密集网络环境下用户的Qo S需求,提高用户体验,本文提出的UCR方案致力于满足视频流量站对上行链路数据传输有低时延、高吞吐量、低丢包率等Qo S指标。UCR方案根据数据传输的需求,将STA分为高优先级的视频流量站点和较低优先级的非视频流量站点,为视频流量站点保留信道资源,使其得以长时间连续传输数据,提高了高优先级STA的信道接入成功率和吞吐量,减少了其数据包发送时延。UCR方案扩展了传统的RTS(Request to Send)/CTS(Clear to Send)四次握手机制,并对RTS、CTS、ACK(确认)帧进行扩展,定义了Qo SRTS、Qo S-CTS、Qo S-ACK帧结构,使其适用于UCR方案。仿真结果表明,本文的UCR方案能够提高视频流量站的吞吐量,降低其时延。本文的研究成果可以用于基于IEEE 802.11ax标准的最新一代WLAN,以提高其吞吐量。