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基于IEEE802.11的WLAN技术的飞速发展和普及，适时满足并引导了移动互联网用户的需求，将用户从固定的办公和生活方式中解放了出来。近年来，不断有支持更高数据传输率的IEEE802.11物理层技术被推出。然而，架设于IEEE802.11物理层之上的MAC层和IP层依然沿用了针对早期稀疏静态网络环境设计的技术方案，不适用于移动互联网中用户高密度化和节点高移动性的日益复杂的网络环境，使得IEEE802.11 WLAN在实际部署使用时，所能达到的数据传输效率远远低于物理层的理论最优值。
针对移动互联网用户间更加剧烈的信道争用，需要研究适用于高密度WLAN环境的速率调节技术，以充分利用无线链路的发送能力，从而获得尽可能高的系统吞吐量；针对移动互联网中用户更加普遍的移动性需求，需要研究节点移动环境中快速的移动切换管理机制，以尽量的减少切换对上层应用造成的数据传输中断。本文的研究工作围绕着以上两个问题展开。在对现有的WLAN中的速率调节技术和移动切换管理技术存在的问题进行系统分析的基础上；分别对高密度WLAN中速率调节过程的数据帧丢失原因甄别机制和碰撞自适应的速率调节算法，节点移动环境中的快速移动切换管理技术进行深入的研究。论文取得的创新性成果如下：
1．WLAN中数据帧丢失原因甄别机制。高密度WLAN环境中，数据帧丢失原因甄别是基于数据帧发送统计结果的速率调节算法可准确判断调节时机并估算当前最优发送速率的前提条件。现有甄别机制主要存在的问题是在进行帧丢失原因甄别时以单一数据帧为粒度，开销很大。本文提出了一种基于统计层面数据帧碰撞概率估算的数据帧丢失原因甄别机制，以满足速率调节算法对于链路质量估算的需求，无需花费高昂的代价对数据帧丢失原因进行帧粒度的甄别。本文深入剖析了IEEE802.11的CSMA/CA机制，建立了信道争用过程中的退避窗口冻结概率和当前网络环境中的数据帧碰撞概率的关联，仿真实验结果表明：在不同的拥塞和链路质量下滑场景中，所提机制估算出的碰撞概率和仿真环境中真实的碰撞概率都有很高的吻合度。该机制仅需在发送端收集IEEE802.11中信道争用过程的退避窗口相关参数，无需对IEEE802.11标准进行修改，不引入额外的信令和包头开销，同时具备低开销和高可实施性的特点，且适用于不同的碰撞和链路质量下滑的场景。
2．碰撞自适应的速率调节算法。Isolating-1-RTS和Isolating-2-RTS算法分别是现有的支持碰撞检测的基于数据帧丢失率和基于探测的速率调节算法中最先进的算法；其中Isolating-1-RTS适用于采样点较少的网络环境，Isolating-2-RTS适用于采样充足的网络环境。以提升系统吞吐量为目标，本文对Isolating-1-RTS和Isolating-2-RTS算法进行改进，提出CA-LR-RA和CA-Probe-RA两个碰撞自适应的速率调节算法。所提CA-LR-RA算法，利用碰撞概率估计结果来改进Isolating-1-RTS中的速率调节时机判定机制，解决现有算法因采用高信令开销的数据帧丢失原因甄别机制而造成的吞吐量下降问题；并提出动态的速率调节阈值调整方法，以解决Isolating-1-RTS因关键阈值的静态设定方法造成的系统吞吐量下降问题。所提CA-Probe-RA算法，利用概率粒度的碰撞估计结果来改进Isolating-2-RTS中的最优速率估算机制，解决现有算法因采用高信令开销的数据帧丢失原因甄别机制而造成的吞吐量下降问题；并提出基于吞吐量增益预测的探测子集限定方法，以解决Isolating-2-RTS中因探测子集的粗略选择造成的系统吞吐量下降问题。仿真实验结果表明：所提CA-LR-RA算法适用于争用节点数量较多的WLAN场景，所提CA-Probe-RA算法适用于探测采样相对充足的中小规模多节点争用WLAN场景。在CA-LR-RA和CA-Probe-RA算法各自的适用场景下，相对Isolating-1-RTS和Isolating-2-RTS算法分别有3％-21%和6%-22%的系统吞吐量提升。
3．WLAN间快速的移动切换管理机制。针对现有移动切换管理相关研究未综合考虑链路层、网络层以及层间交互效率对于切换时延影响的问题，本文对IEEE802.11 WLAN网络环境中FMIPv6预测模式下移动切换不同阶段的时延分布及时延产生原因进行了全面的分析，指出了影响切换时延的三个主要因素。针对这三个因素，本文提出了一套跨层的快速移动切换管理方案，包括基于拓扑感知的分散式AP扫描机制，支持数据缓存的双播绑定机制和智能的链路层与网络层事件通知机制。最后，本文在典型办公环境中实现了所提方案并验证了方案的性能，实验结果表明：该方案可在引入少量数据帧抖动的前提下将切换时延控制在100ms，并实现切换过程的0丢包，满足时延敏感的多媒体应用的需求。