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近几年来,无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN)技术以其易接入,易扩展,传输速率高等优势受到了大力推广,并取得了巨大的成功。与此同时,公共WLAN热点也在广泛的部署。然而,正是WLAN设备的日益增加的现状加上当前频谱管理方法的缺陷,造成了WLAN所使用的开放性ISM(Industrial,Scientific,Medical)频段(2.4GHz和5GHz)的网络拥塞,而占绝大多数的授权频谱并没有得到充分利用的情况。 在这种情形的驱使下,美国电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)为WLAN制定的相关标准IEEE802.11也在不断的完善和发展。最新提出的IEEE P802.11af草案旨在通过允许WLAN设备伺机接入空白电视频段(TV White Space,TVWS)的方法扩大了WLAN设备的可用频谱,从而改善了WLAN的系统性能。 认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术将频谱使用者分为认知用户和授权用户,并允许认知用户在不影响授权用户的前提下接入到授权频谱中使用。因此,本文基于IEEE P802.11af草案,将CR技术应用到WLAN的MAC层协议的设计中。其中,认知用户是使用CR技术的WLAN用户,授权频谱为TVWS,授权用户为TV。具体包括以下两个内容: 第一,在分析了传统IEEE802.11中的MAC层协议的基础上，针对载波监听多点接入碰撞避免(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, CSMA/CA)协议的数据传输特点,应用CR技术对该协议进行改进,提出了一种可以伺机接入到TVWS中的新的WLAN MAC协议,命名为C-CSMA/CA(Cognitive Radio CSMA/CA)协议,该协议基于CR中频谱感知技术提出了带外检测和带内检测两种检测机制,其中带外检测用来检测 TVWS中的可以使用的频谱,带内检测用来检测当前使用的TVWS中是否有TV信号。通过接入点(Access Point,AP)中设置了TVWS频谱列表,根据TV对TVWS的使用情况对TVWS频谱状态进行实时更新。WLAN用户将根据该列表对TVWS频段进行频谱接入,频谱切换和退避抉择。最后文本对该协议进行了网络仿真,仿真结果得出,在一个具有相对较多节点的基础结构型BSS中,C-CSMA/CA在网络吞吐量,丢包率,媒体接入延时这三种网络性能指标上都优越于传统的CSMA/CA。较好的解决了传统IEEE802.11中的WLAN网络拥塞问题。 第二,由于网络中可以支持多媒体业务是WLAN发展的迫切需要,因此,IEEE802.11e中提出了具有对多媒体业务 QOS保障的增强型分布式信道接入(Enhanced Distributed Channel Access,EDCA)机制。本文对该机制进行了研究分析,并通过实验仿真后得出,EDCA机制并没有改进CSMA/CA这种竞争信道接入方式在网络拥塞情况下表现的不足。同时,EDCA通过规定业务的接入优先级来实现 QOS保障的方式对低优先级的数据传输也存在一定的不公平性。为此,本文同样将 CR技术应用到了EDCA机制的协议改进中,提出了C-EDCA(Cognitive Radio EDCA)接入机制。该机制在制定WLAN如何使用TVWS频段来解决网络拥塞问题的同时,考虑到了对多媒体业务的QOS保证。因此针对不同的传输业务制定了不同的信道接入策略。最后,本文对C-EDCA进行了网络仿真,结果显示,C-EDCA接入机制的各业务,尤其是低优先级业务的吞吐量,延时网络性能指标都得到了提升,从而增强了WLAN的网络性能。