下一代异构无线局域网的性能优化理论研究及应用

In this project, we propose to study the performance optimization issues of the next-generation heterogeneous wireless local area networks (WLANs), including the analytical modeling, the performance optimization and quality-of-service guarantee, the interference analysis under multiple-access-point network scenarios and the prototype system of software defined WLANs. First of all, we plan to adopt a novel modeling methodology and model the entire behavior of the head-of-line packet in each node’s queue. Based on this methodology, a unified analytical model will be established for the heterogeneous IEEE 802.11e EDCA networks and the latest IEEE 802.11aa/ac networks. Secondly, a series of key performance optimization problems will be further studied, including how to properly adjust the system parameters to achieve the maximum network throughput, to maintain target service differentiation requirement, and to provide quality-of-service guarantee among various prioritized traffic flows. Moreover, we plan to extend our analysis to multiple-access-point WLAN scenarios, and discuss how to optimize the network performance globally with interfering nodes in overlapping basic service sets by access point cooperation. Finally, we plan to design and implement a software defined WLAN prototype, and examine the feasibility and accuracy of our performance optimization analysis. Our research may provide insights into the network configuration and protocol design of the next-generation heterogeneous WLANs with performance optimization, access point cooperation and quality-of-service guarantee.

本项目以下一代异构无线局域网中的性能优化为核心问题，围绕理论建模与分析，性能优化与服务质量保证，多接入点网络场景干扰研究和软件定义无线局域网原型系统四个方面进行研究。首先，采用创新的建模思想，提出对无线节点报文队列首报文完整行为进行建模，针对基于IEEE 802.11e EDCA和最新的IEEE 802.11aa/ac标准的异构无线局域网建立统一理论模型；其次，深入研究最大化网络吞吐量，满足目标服务区分要求和提供多样化服务质量保证等关键性能优化问题；再次，面向多接入点网络场景，研究在相邻基本服务集交叠节点互相干扰下，如何通过多接入点的协作机制进行全局网络优化；最后，设计和实现软件定义无线局域网原型系统，评测所提出的性能优化理论。本项目可望为实现可优化、可协作、可提供服务质量保证的下一代异构无线局域网的网络架构和协议设计提供理论指导。

本项目以下一代异构无线局域网中的性能优化为核心问题，围绕理论建模与分析，性能优化与服务质量保证，多接入点网络场景干扰研究和软件定义网络平台搭建四个方面进行了全面的研究。首先，针对基于IEEE 802.11e EDCA标准的异构无线局域网建立了全新的理论模型，并研究了如何实现网络吞吐量最大化，以及满足优先级也无线信道资源分配和服务质量要求等关键优化问题；第二，针对目前高密度大规模无线局域网场景，建立了多基本服务集的大规模无线局域网理论模型，并研究了如何对系统参数进行全局优化以达到大规模无线局域网的最大吞吐量；第三，针对多标准共存的异构无线局域网场景，建立了全新的分组理论模型，得出了新802.11ac标准与现有802.11a/n标准共存时，其技术改进对现有用户及整体网络的影响，研究了如何在保证公平性的前提下，最大化网络总数据率；第四，针对流量部分饱和的异构无线局域网场景，提出了全新的分布式最小退避窗口优化算法，可实现在各用户间无中心控制的情况下实现全网性能优化；最后，设计并搭建了初步的无线局域网研究平台，在软硬件结合的平台上实现了基于理论结果的优化算法，并进行了可行性和准确性的评估。本项目的研究工作为实现可优可协作可提供服务质量保证的异构无线局域网提供了理论和应用的双重指导。项目资助发表期刊论文2篇，会议论文5篇，申请专利一项。培养硕士生3名，目前1名已毕业，2名在读。项目投入经费27万元，支出 11.21万元，结余经费15.79万元，结余经费的原因将在决算说明书中做详细解释，结余经费对继续支持本项目研究后续进展及支出至关重要。