无线网络中轮询控制系统分析与改进的研究

Wireless Computer Networks have a wide range of applications for their convenience and flexibility. They are classified into Wireless Metropolitan Area Network (WMAN),Wireless Local Area Network(WLAN) and Wireless Personal Area Network(WPAN) according to the covering ranges. In Wireless Computer Networks the medium access controls are mainly organized with polling system and random multiple access. Research on medium access control (MAC) protocols supporting for delay sensitive traffic such as audio and video results in an important meaning. This project focuses on techniques of polling system and analyses basic models of priority-based, multiple-services-strategy and asymmetric polling systems and converts among them based on the polling orders, service strategies ,symmetry and etc . For IEEE 802.11 MAC protocol of WLAN this project will give an improvement for guaranteeing priority-based QoS. For WMAN's IEEE 802.16 MAC protocol a further priorities differentiation polling scheme for the four traffic categories will be studied. Through changing the polling scheme in Bluetooth MAC protocol for Master device to poll Slave devices a new algorithm for guaranteeing QoS will be analysed. Based on the above protocol models exact analyses of mean queue length, cyclic time, message delay and etc are addressed. Based on the clustering algorithm of Wireless Sensor Network(WSN) the polling scheme is researched and the protocol to guarantee a differentiated traffic priorities is developed on a selected platform. The above researches will promote the development and application of polling system in Wireless Computer Network.

无线网络以其接入的便捷性、灵活性而得到广泛的应用，按覆盖范围可分为无线个域网、无线局域网和无线城域网。无线网络媒体访问控制技术(MAC)分为随机多址和轮询两大类，对无线网络上支持视频、语音等多种业务的 MAC协议研究具有重要意义。本项目研究无线网络的轮询控制技术，通过查询顺序、服务策略和对称性等分析轮询系统，研究优先级、混合服务策略和非对称轮询系统的基础模型和模型之间的转换。深入分析无线局域网IEEE802.11 系列协议的轮询机制，改进提出QoS保障、基于优先级的控制策略；在分析无线城域网MAC协议IEEE802.16四种业务调度类型的基础上，研究区分业务优先级的轮询控制协议；改进个域网蓝牙技术中主从设备间的轮询调度方式，提出基于站点业务类型优先级和QoS保障的算法。在建立的协议模型基础上，精确解析系统平均排队队长和平均时延等特性，通过实验验证。研究无线传感器网络基于分簇的轮询控制技术。

通过对项目中无线网络轮询控制系统的深入研究，在基础理论和实际应用方面取得了研究成果，对照项目申请书和计划任务书，已按期完成了预期的目标和任务。在理论方法方面，通过查询顺序、服务策略和对称性等分析轮询系统，提出了无线网络轮询控制技术中区分优先级控制、多服务台、分忙/闲环、限定（k=2）、非对称多个轮询系统的新模型，并分析了相应的关键参数。进而对无线网络分局域网、城域网、个域网和传感器网络展开了研究。在深入分析无线局域网IEEE802.11 系列协议轮询机制的基础上，改进设计了基于业务优先级的轮询调度协议PPSTD，实现QoS保障、基于优先级的控制策略；在分析无线城域网MAC协议IEEE802.16四种业务调度类型的基础上，提出区分业务优先级的轮询控制协议；改进个域网蓝牙技术中主从设备间的轮询调度方式，提出基于设备业务类型优先级和QoS保障的算法。分别对以上各类网络建立了协议模型，在此基础上精确解析了系统平均排队队长和平均时延等关键特性，通过理论分析和实验验证了改进后的新协议的效率。研究无线传感器网络基于分簇的轮询控制技术，基于Tiny OS选择传感器节点构建无线传感器网络，设计和实现了基于轮询调度机制不同模型改进的MAC协议，并通过实际的实验进行了验证。基于FPGA集成电路芯片设计和实现了以上不同新的无线网络轮询系统控制模型，并通过实验验证了系统的可行性。开展了三网融合宽带接入轮询控制机制研究，对HINOC MAC协议进行了设计和分析。.作为这些研究结果的体现，本项目资助在国内专业核心期刊和国外高水平学术期刊上发表了27篇学术论文，在重要国际会议上发表学术论文19篇（其中SCI收录2篇，EI收录及源刊39篇次，ISTP收录及源刊10篇次），申请发明专利13项，其中公开13项，进入实质审查2项，授权实用新型专利5项，申请获得计算机软件著作登记3项，出版专著3部。获得军队科学技术进步奖。依托本项目的研究，参与国际会议3次并作演讲，培养青年教师2名，1名成员晋升为教授，博士生1名，硕士生23名。