基于IEEE 802.11n的WI-FI路由器协议栈优化与实现

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无线网络特别是IEEE802.11取得了巨大的成功。为了满足不断增长的WIFI设备数量以及应用服务的多样化,在802.11a/g中采用了正交频分复用这一技术,802.11n增加了多入多出技术。这些技术允许帧的数据部分以高速传输。虽然这样减少了花费在传输数据上面的时间,但却没有减少用户发送开销上的时间。网络吞吐率仍然难以提高,当用户增加时,用户接入时延很大,特别是在混合场景下,有效带机量无法满足需要。为了解决帧开销对帧传输性能的影响,提高吞吐率,降低混合场景下用户的接入时延,提高用户(特别是802.11n)的用户体验,本文进行了一系列的优化:优化帧聚合的时机,给予队列中等待时间较长的帧以优先聚合的权利;合理选择A-MSDU与A-MPDU聚合方式,利用误帧率作为参数来选择聚合方式。在此基础上,针对不同终端速率设备,设计了RAS算法,该算法通过优化调度方式,在不影响低速用户时延的情况下,降低中高速用户的发送时延。该算法合理配置了信道资源,充分利用了高速信道速率,使得各种速率用户(特别是中高速速率用户)的用户体验得以提高。在突发帧传输中,通常对突发传输的影响因素难以分析,造成突发帧数量无法合理确定,丢包率高,端到端的时延大,吞吐率难以提高。本文深入分析了突发帧端到端时延,该时延与突发帧数量的关系,与信道载荷的关系,提出了根据信道状态合理确定突发帧数量的ABT突发帧传输机制,通过该机制,提高突发传输的吞吐率并降低用户的端到端时延,充分发挥802.11n性能。本文将RAS方案与ABT突发帧传输机制结合,并应用在实际复杂场景中,根据信道利用率作为调整参数,实现适时地根据信道状态选择聚合与突发传输。通过优化来提高用户的有效带机量,提高吞吐率,降低时延。在Chariot在Atheros9341芯片上采用TCP业务测试802.11n AP拓扑网络端到端时延和吞吐率,从而验证了所提出方法。实测结果显示,本文所提出的方法能够提高AP客户端在高密环境下的有效带机量,并提高吞吐率,降低时延。
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