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基于调度的ieee802.11ax节能技术研究

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基于调度的IEEE802.11ax节能技术研究

作者：王娟华中科技大学

学位级别：硕士

移动通信业务的飞速增长导致网络规模不断扩张,无线通信能耗也随之迅速增长。尤其在高密度组网条件下,站点数量密集,通信频繁,通信能耗大幅度增加。从信息传输的角度看,通信能耗由传输能耗和电路能耗组成,无线通信中传输的数据包除了包... 详细信息

移动通信业务的飞速增长导致网络规模不断扩张,无线通信能耗也随之迅速增长。尤其在高密度组网条件下,站点数量密集,通信频繁,通信能耗大幅度增加。从信息传输的角度看,通信能耗由传输能耗和电路能耗组成,无线通信中传输的数据包除了包含有效的负载数据,还包含大量帧头和帧尾等无效指示信息,因此为降低通信能耗应尽量减少无效信息的传输。对通信站点而言,为最小化通信能耗,站点在非工作状态下应尽量处于低功耗睡眠状态。ieee 802.11ax系统主要针对站点数量密集、接入频繁、业务数据量大的场景,为减少信道竞争、优化资源调度,MAC层采用了AP集中式控制方式,AP对信道资源进行统一调度,但同时带来了信令开销增加等影响通信能耗的问题。因此本文研究ieee 802.11ax系统下,基于调度的节能优化设计。本文首先概述了能效关键性能指数,对能效增益进行了定义。然后介绍了ieee802.11ax系统中的节能关键技术,包括基于低功耗唤醒接收机的站点休眠技术,基于OFDMA的节能调度方式以及目标唤醒时间调度方式。然后对基于休眠的调度方式进行了优化设计。首先基于低功耗唤醒接收机设计了适用于ieee 802.11ax系统的目标唤醒时间节能调度机制,通过该方式进一步降低了站点能耗。然后对低功耗唤醒接收机进行了优化设计,设计了基于Walsh码序列唤醒多用户的唤醒包,降低了唤醒包长度和误唤醒概率,并在唤醒多用户后直接发送下行打捆数据包,实现了可观的能效增益。最后基于ieee 802.11ax的OFDMA调度方式提出了基于时间复用的节能调度方式,将频分后的资源块再时分,减少信令开销和信道竞争,并通过仿真分析验证了时间复用调度方式下的能效增益。本文所提出的基于调度的ieee 802.11ax节能技术优化能够有效降低通信能耗,对于未来高密度网络中的节能技术研究具有重要的作用。

关键词： ieee802.11ax 能效低功耗唤醒接收机目标唤醒时间 OFDMA 时间复用

浅析下一代无线局域网标准ieee802.11ax

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科技创新与应用 2017年第3期7卷 81-81页

作者：郑智钊哈尔滨铁道职业技术学院黑龙江哈尔滨150000

无线局域网络的发展越来越迅速,新的标准更迭频率也在加快,作为下一代无线局域网的标准,ieee802.11ax协议已经进入草稿完善阶段。文章分析了802.11ax协议的技术现状,指出了与现有协议的不同之处,并对协议的未来发展作了展望。

关键词： ieee802.11ax WLAN OFDMA

ieee 802.11ax调度与资源分配算法研究

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IEEE 802.11ax调度与资源分配算法研究

作者：陈伟西南交通大学

学位级别：硕士

下一代无线局域网标准ieee 802.11ax主要是为了解决密集场景下的通信问题而提出的,传统802.11基于载波侦听多路访问/冲突避免(Carrier Sense multiple Access/Collision Avoidance,CSMA/CA)的信道接入机制在密集场景下会加剧系统冲突,... 详细信息

下一代无线局域网标准ieee 802.11ax主要是为了解决密集场景下的通信问题而提出的,传统802.11基于载波侦听多路访问/冲突避免(Carrier Sense multiple Access/Collision Avoidance,CSMA/CA)的信道接入机制在密集场景下会加剧系统冲突,导致系统媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)效率低下。802.11ax通过在PHY层和MAC层引入若干相关技术,如正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)、空间复用(Spatial Reuse,SR)等实现多用户传输及提高MAC效率。相比于其他传统WiFi标准,802.11ax主要采用基于调度的工作机制,通常由AP竞争接入信道,并为各STA分配资源,因此系统性能在很大程度上取决于资源如何分配与调度。本文结合802.11ax OFDMA系统的特点,对调度与资源分配算法进行了研究。具体工作如下:首先,在不区分用户业务类型前提下,本文分别以系统吞吐量最大化,用户间公平性,以及兼顾吞吐量与公平性为目标,针对802.11ax OFDMA系统,研究了MT算法、RR算法、和PF算法。其中,MT算法在每个资源单元(Resource Unit,RU)上调度信道条件最好的用户,系统吞吐量高但公平性差;RR算法不考虑各用户的信道条件,依次为每个用户分配相等大小的RU,算法简单且公平性高,然而系统吞吐量较低;PF算法在每个RU上同时考虑各用户可实现的瞬时速率和历史平均速率,能兼顾吞吐量和公平性,但复杂度较高;并且我们对三种算法的性能进行了仿真对比和分析。此外,本文在传统PF算法的基础上,针对802.11ax OFDMA系统,引入了一种改进的广义比例公平(GPF)算法,该算法综合考虑系统吞吐量、长短期用户速率公平性等性能指标,通过设置不同比值的比例因子灵活实现系统吞吐量与用户速率公平性间不同程度的折中,并克服传统PF算法只能实现短期速率公平性的缺点。然后,本文考虑802.11e标准中定义的四种不同类型QoS业务,基于用户优先级设计了802.11ax系统的调度与资源分配算法。具体来说,本文首先根据不同业务QoS要求,定义受UPS准则约束的调度与资源分配框架,该准则在保持基于用户优先级调度的同时最大化系统中满意用户的数量;接着根据UPS准则设计基于用户优先级的最优调度算法,并将其转化为混合整数线性规划问题进行求解。由于最优调度算法复杂度较高,为此,本文又提出一种低复杂度次优算法,该算法思路是先对所有用户进行优先级分组,然后依次在每个优先级组内求解。仿真结果表明,次优算法在大多数情况下能实现与最优算法接近的系统性能。

关键词： WiFi ieee802.11ax OFDMA 调度与资源分配优先级

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密集WLAN的干扰缓解策略

密集WLAN的干扰缓解策略

作者：徐晓锋浙江工业大学

学位级别：硕士

自1997年以来,基于ieee 802.11标准的无线局域网络（Wireless Local Area Network,WLAN）已经历20多年的发展,目前,WLAN呈现出密集部署的趋势,使得高效率利用频谱资源、提高信道的使用效率成为一个急需解决的挑战性问题。在WLAN密集部... 详细信息

自1997年以来,基于ieee 802.11标准的无线局域网络（Wireless Local Area Network,WLAN）已经历20多年的发展,目前,WLAN呈现出密集部署的趋势,使得高效率利用频谱资源、提高信道的使用效率成为一个急需解决的挑战性问题。在WLAN密集部署环境中,基础服务集（Basic Service Set,BSS）之间的通信干扰,严重影响了信道的使用效率。因此,WLAN急需干扰缓解策略,以提升信道的使用效率,乃至整个网络的吞吐率。本文对此进行研究。本文的主要工作和创新之处如下:1.针对密集WLAN的部署环境,考虑了站点位置信息,提出协调交互式目标唤醒时间调度方案CAT（Coordination Alternating TWT）。CAT方案针对配置无线网络控制器WLC（Wireless Lan Controller）的有多个接入点AP（Access Point）的WLAN应用,基于即将发布的ieee 802.11ax标准,利用802.11ax的目标唤醒时间（Target Wake Time,TWT）机制,改进MAC帧中的基本服务集颜色信息域,利用基本服务集颜色机制将站点分入不同的集合,从而降低BSS之间的干扰。仿真结果表明,CAT方案可以提高网络的吞吐率。2.针对下一代WLAN应用的多BSS密集环境,提出基于距离选择的多基本服务集干扰缓解方案。该方案先对重叠BSS中的接入点进行分集,再运用目标唤醒时间机制来调度站点的传输。结果表明,该方案能够在多基本服务集的场景中提高网络的吞吐率。总之,上述方案可以缓解BSS间的干扰,提高密集部署WLAN的信道利用效率和网络吞吐率。

关键词： ieee802.11ax 基本服务集密集环境目标唤醒时间基本服务集颜色

802.11ax WiFi样机MAC层接口设计与实现

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802.11ax WiFi样机MAC层接口设计与实现

作者：谢征华中科技大学

学位级别：硕士

随着计算技术的发展,传输数据的速率和吞吐率逐渐成为衡量一个系统性能的重要指标。不占用处理器资源,直接搬移内存中数据的DMA技术成为了一个可行的方案。本文对802.11ax WiFi样机MAC层接口方案进行了研究,为实现对传输过程的控制,设... 详细信息

随着计算技术的发展,传输数据的速率和吞吐率逐渐成为衡量一个系统性能的重要指标。不占用处理器资源,直接搬移内存中数据的DMA技术成为了一个可行的方案。本文对802.11ax WiFi样机MAC层接口方案进行了研究,为实现对传输过程的控制,设计了控制传输过程的寄存器。为优化CPU使用率和提高传输速率,对比了几种不同的描述符传输方式。并完成样机MAC层接口的实现与测试,本文主要分为两部分:1)介绍了PCIe协议及接口总线,描述了AP侧DMA控制器和存储模块的设计,并完成基于PCIe总线DMA驱动的编写。AP侧样机主要由DMA Controler、RX ENGINE、TX ENGINE、LOW MAC Memory四个部分组成。本文描述了这些模块的设计方案。此外,为了降低CPU使用率,比较了三种不同的描述符发送方案,并描述了DMA在接收和发送时传输数据过程。在驱动中介绍了对描述符的处理,详述了收发数据时驱动与硬件的交互过程。最后在xilinx公司的开发板VC707上实现,并结合驱动进行回环测试。2)介绍了axI总线,描述了STA侧DMA控制器和存储模块的设计,搭建描述符传输接口,并完成基于axI总线的DMA驱动编写,介绍了读写数据流程和描述符环形队列的分配与回收。最后在VC706上实现并完成回环测试。本文设计的DMA模块达到802.11ax WiFi样机的吞吐率要求,可以满足样机MAC层和PHY层数据交换需求。

关键词： ieee802.11ax MAC层接口 DMA PCIe axI

Network MIMO样机AP侧软MAC设计与实现

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Network MIMO样机AP侧软MAC设计与实现

作者：孙昊华中科技大学

学位级别：硕士

作为新一代的无线局域网标准,ieee802.11ax标准旨在提高高密场景下的网络质量,为用户提供更加高速稳定的WIFI传输速率。本文以实验室项目“Network MIMO样机研究与设计”为背景,在实验室已有802.11ax研究基础下,对新型WIFI架构Network M... 详细信息

作为新一代的无线局域网标准,ieee802.11ax标准旨在提高高密场景下的网络质量,为用户提供更加高速稳定的WIFI传输速率。本文以实验室项目“Network MIMO样机研究与设计”为背景,在实验室已有802.11ax研究基础下,对新型WIFI架构Network MIMO网络架构进行了研究,着重针对Network MIMO样机AP侧软MAC层进行了设计与实现,包括软MAC层总体方案研究设计以及AP侧模块设计与实现。Network MIMO样机的设计目标是为了验证中心控制器对WIFI网络进行整体的控制与干扰协调的效果,通过多AP之间的网络协调控制多天线发射信号相位和幅度,以达到非期望接受点信号和为零,期望点信号不为零,从而达到多流同时收发。本文的研究内容主要包括三个部分。第一部分,对Network MIMO样机软MAC部分进行总体功能需求分析,设计其总体交互流程方案以及交互协议格式,提出应该达到的目标等。第二部分,针对总体框架以及总体交互流程,给出具体的模块设计架构,分析每个模块设计原理以及其具体实现,其中,基于linux内核的零拷贝架构为信息交互流程提供了高效的通信平台,而axIMA驱动的设计与实现保证了嵌入式系统与FPGA底层模块的高效通信。第三部分,对软MAC功能进行验证测试,对模块进行单元测试,最后将软MAC接入整体系统中,进行一期目标验证测试。本文的软MAC设计与实现为项目“Network MIMO样机设计与研究”的一期目标完成提供了技术支撑。

关键词： ieee802.11ax 软MAC Network MIMO 零拷贝 axIDMA

ieee 802.11ax中基于业务QoS优先级的上行多址接入技术研究

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IEEE 802.11ax中基于业务QoS优先级的上行多址接入技术研究

作者：唐秋璇南京邮电大学

学位级别：硕士

随着移动互联网的飞速发展,无线局域网由于具有吞吐量高、成本低、布网简单等优势,被广泛地用于人们的日常生活。然而随着无线通信设备数量的不断增长,越来越多的用户需要共享一个AP,这导致用户的接入效率大大降低,严重影响了用户的体... 详细信息

随着移动互联网的飞速发展,无线局域网由于具有吞吐量高、成本低、布网简单等优势,被广泛地用于人们的日常生活。然而随着无线通信设备数量的不断增长,越来越多的用户需要共享一个AP,这导致用户的接入效率大大降低,严重影响了用户的体验。如今,传统的ieee 802.11标准中的单信道接入机制已经无法满足密集场景下用户的需求,所以最新的ieee802.11ax标准成为了人们研究和讨论的重点。ieee 802.11ax标准由于在物理层引入了OFDMA技术,将整个信道划分为多个子信道,使多个用户可以同时在不同的子信道上传输数据,这样不仅增加了用户接入信道的概率,而且大大提高了系统的吞吐量。但是,目前很多基于ieee802.11ax的多址接入协议仅仅考虑了吞吐量的增加,并没有考虑不同优先级业务对Qo S的需求,所以研究出一种面向Qo S的ieee 802.11ax多址接入协议具有十分重要的意义。本文提出了一种基于业务Qo S优先级的上行多址接入协议,该协议用来解决不同优先级业务对Qo S的需求。在信道竞争阶段,通过全信道侦听的方法保证了OFDMA机制下多个子信道的同步性,同时在STA发送的RTS帧中新增了一个Type字段来区分不同优先级的业务用户。在数据传输阶段,针对低优先级业务用户提出了拒绝接收的概率,将用户被拒绝接收的概率与该用户MAC层的重传次数联系在一起。如果该用户的重传次数越多,则说明此时信道竞争越激烈,那么就应该提高低优先级业务用户被拒绝接收的概率来保证高优先级业务用户的Qo S。本文新增了一个R-ACK帧来表明低优先级业务用户是否被拒绝接收,如果AP向STA发送了R-ACK帧,则表明该用户发送的数据被拒绝接收。随后,本文通过改进的二维马尔可夫模型对所提出的多址接入协议进行了性能分析,推导出了饱和条件下吞吐量和平均时延的计算公式。通过对仿真结果进行分析,证明了所提出的多址接入协议可以使高优先级业务用户占用更多的信道资源,在保证高优先级业务用户吞吐量的同时降低了高优先级业务用户的平均时延以及其数据包被丢弃的概率。

关键词： ieee802.11ax QoS 多址接入协议 OFDMA 业务优先级

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基于MIMO无线网络的吞吐量研究

基于MIMO无线网络的吞吐量研究

作者：孙坤曲阜师范大学

学位级别：硕士

随着人们对无线流量和服务质量(Quality of Service,QoS)需求的不断增长,无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)对人类生活产生越来越重要的影响。无线局域网以其高效的数据传输速率、灵活的部署条件以及低成本的较强优势,成为... 详细信息

随着人们对无线流量和服务质量(Quality of Service,QoS)需求的不断增长,无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)对人类生活产生越来越重要的影响。无线局域网以其高效的数据传输速率、灵活的部署条件以及低成本的较强优势,成为了无线网络中主要的流量载体。即将到来的ieee 802.11ax标准的关键性突破在于其包含上行链路多用户(Uplink Multi-User,UL-MU)传输模型、使用多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)以及波束成形(Beamforming,BF)技术。MIMO技术的使用是无线通信技术进程中突破性飞跃,它打破了无线网络中频率资源的限定,使得频谱效率得到极大提升。作为传统无线网络通信技术的有效补充,可见光通信技术(Visible Light Communications,VLC)近年来成为无线通信中十分有前景的技术。可见光通信有着传统射频通信所不具备的独特优势,能够在满足基础照明的同时,实现数据的有效传输。因此,根据ieee802.11ax协议以及可见光通信所提出的新技术,本文对无线网络中吞吐量的提升问题进行研究。论文的主要工作包括以下两个方面:(1)为了提高基于802.11ax协议的MU-MIMO网络中的吞吐量,为网络的上下行链路设计了优化调度算法:该算法通过使用增强型分布式信道访问(Enhanced Distributed Channel Access,EDCA)机制组织网络接入类别(Access Category,AC)之间的争用,利用EDCA机制进行排序,然后对队列中的数据按照其优先级高低进行排序,从而实现在高密度网络环境下的最优化调度,提高网络吞吐量,避免拥塞以及重要数据得不到及时传输的情况。本文通过实验测试用户规模和信道状态信息(Channel State Information,CSI)对吞吐量的影响,实验结果表明本文提出的算法在保证高质量传输的前提下,具有更好的性能。(2)为了提升大规模可见光MIMO无线网络的吞吐量,本文提出了可见光链路容忍集调度算法:在大规模可见光MIMO无线网络中,引入容忍集的概念,即多个链路在彼此的干扰容忍范围内可实现同时传输数据,选择同时传输的链路集合就是一个构建相互容忍链路集的过程。通过计算得出的相互容忍链路组的和速率与其它链路速率进行比较,选择较优速率的链路进行传输,从而使整个网络的吞吐量得到提升。通过理论分析,验证了本文提出算法的可行性。

关键词：多输入多输出 ieee802.11ax 可见光通信吞吐量

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面向Wi-Fi 6E射频前端的设计与优化

面向Wi-Fi 6E射频前端的设计与优化

作者：黄锋深圳大学

学位级别：硕士

当前在以5G移动通信技术发展的大浪潮下,各行各业都在数字化、智慧化转型。为更好协同5G技术的发展,在2019年发布了第六代ieee 802.11ax标准,即Wi-Fi 6,支持2.4G与5G双传统频段,理论上最大传输速率可达到9.6Gbps。但传统频段频谱资源非... 详细信息

当前在以5G移动通信技术发展的大浪潮下,各行各业都在数字化、智慧化转型。为更好协同5G技术的发展,在2019年发布了第六代ieee 802.11ax标准,即Wi-Fi 6,支持2.4G与5G双传统频段,理论上最大传输速率可达到9.6Gbps。但传统频段频谱资源非常有限且拥塞,无法满足在高密集场景下海量用户无线接入和数据低延时传输的需求。为此,2020年美国联邦委员会投票通过将6GHz(5.925～7.125GHz)频段上1.2GHz带宽免授权开放,增加的7个160MHz不重叠信道大大解决了当前频谱资源紧张的现况。扩展6GHz频段Wi-Fi 6为增强版本,简称为Wi-Fi 6E。本文在此背景下,设计了一款支持4x4 MIMO的Wi-Fi 6E射频前端系统,并实现其电路的设计与性能的要求。本文首先对ieee 802.11协议发展历程进行了简要的介绍,着重介绍了扩展到6GHz频段的ieee 802.11ax即Wi-Fi 6E相关关键技术和特性以及其通信系统数据处理的过程。其次,介绍了不同射频收发电路结构的优缺点和与射频链路相关功能模块电路,同时也对射频收发电路性能指标进行分析,并根据ieee 802.11协议和项目工程的需求,确定了本文射频前端电路关键指标的要求。随后,根据项目工程要求,确定射频收发链路零中频电路结构设计方案。完成电路板制作,包括器件选型、原理图设计、PCB Layout、备料、联系工厂生产制造等工作,最终实现了支持4x4 MIMO的Wi-Fi 6E射频电路板。最后,搭建测试环境,对支持4x4 MIMO的Wi-Fi 6E射频前端电路功能和各项性能指标进行测试,对未达到项目要求的指标进行了分析和电路优化。经过电路优化后最终测试,本文4x4 MIMO的Wi-Fi 6E射频前端电路性能满足项目工程应用要求,EVM在-40d B左右。本文通过对Wi-Fi 6E射频前端电路的研究和对其性能优化方案,为Wi-Fi 6E电路设计起到一定的参考意义。

关键词： ieee802.11ax Wi-Fi6E 4x4MIMO 射频前端