基于智能天线的无线局域网接入控制协议的研究

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随着个人数据通信的普及,无线局域网技术得到越来越广泛的应用,它以接入的灵活性和移动性成为个人通信的一个重要组成部分。同时用户对数据业务的要求也越来越高,为了满足这种业务需求,人们不断地引入新的技术和方法来提升无线通信系统的容量。智能天线技术是一种可以有效改善无线信道性能,提高无线通信系统容量的新技术,它已经成为第三代无线通信系统中的一项关键技术,因此如何有效地将智能天线技术引入到无线局域网中成为了研究的一个热点问题。 无线网络中媒质接入控制协议(Medium Access Control MAC)用于解决多个用户如何共享信道的问题,它对无线网络系统的性能有着决定性的影响。良好的MAC协议设计应该保证在任意的业务负载情况下都有较高的吞吐率、较低的时延以及较少的开销。传统的无线局域网协议工作机制是建立在节点以全向天线工作的机制下的,其中IEEE 802.11系列协议是目前使用最广的一种机制,它在全向模式下工作的很好。但是如果将智能天线引入到无线局域网中,由于智能天线具有方向性,因此会给IEEE 802.11协议的工作机制带来一些负面影响。为了有效地利用智能天线的空分复用的特点,同时减少由于其方向性带来的一些影响,需要对原有的接入协议进行修改。针对智能天线和无线信道的特点,有许多基于智能天线的接入控制协议被提出来,以实现信道的空分复用。本文研究了IEEE802.11的接入控制协议的基本工作机制、智能天线技术及其在无线通信中的应用,分析了一些具有代表性的使用智能天线的无线接入协议。最后根据无线局域网的特点,在IEEE 802.11协议的基础上,参考现有的基于智能天线的接入控制协议,提出了一种新的基于智能天线的无线局域网接入控制协议,即在不改变网络现有帧结构的基础上,使用IEEE 802.11协议中的控制帧实现一种支持智能天线空分复用的无线局域网接入控制协议。并且利用OPNET仿真工具实现了该协议的建模和仿真,与使用全向天线的IEEE802.11b协议的网络作了性能比较。通过仿真分析可以看到该协议在DCF机制下利用智能天线实现了信道的空分复用,使得系统的吞吐量有了大幅的提升。
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