Nowadays, IEEE 802.11, i.e., Wi-Fi has emerged as a prevailing technology for broadband wireless networking. To meet the tremendous rise of demand for future generation wireless LANs, a robust and efficient MAC protocol is required for the Wi-Fi network. However, traditional MAC mechanisms are not suitable for next-generation communications due to some inherent constraints. In this regard, OFDMA technology could be adopted to design an efficient MAC protocol for the Wi-Fi network. The purpose of this research is to provide a high-speed network for Wi-Fi users. The thesis presents three MAC protocols, namely, HTFA (High Throughput and Fair Access), ERA (Efficient Resource Allocation), and PRS (Proportional Resource Scheduling), by employing the OFDMA technology. The novel protocols improve Wi-Fi communication using the latest IEEE 802.11ax standard, i.e., Wi-Fi 6. In particular, the protocols improve several performance parameters of the MAC protocol, such as increasing the throughput, goodput, fairness index, and reducing the packet retransmissions, collisions, etc. Simulation results validate that the new protocols are far better than the existing protocols. The protocols designed in this thesis are compliant with the latest IEEE 802.11ax standard that promises to enhance the throughput at least four times per user and support ten times users. Thus, the new protocols can ensure uninterrupted and smooth communication in highly dense environments. The thesis contains a lot of resources such as the state of the art of MAC protocols, analysis of contemporary protocols and their performance matrix; architecture of Wi-Fi system, OFDMA constraints and regulations; framework of protocols; analytical models; relevant data, theory, and methods; etc. that would be the valuable resources to the future researchers for the research on the Wi-Fi network.


翻译:当前,IEEE 802.11(即Wi-Fi)已成为宽带无线网络的主流技术。为满足下一代无线局域网日益增长的需求,Wi-Fi网络需要稳健高效的介质访问控制(MAC)协议。然而,传统MAC机制因其固有限制难以适应新一代通信需求。在此背景下,正交频分多址(OFDMA)技术可用于设计高效的Wi-Fi网络MAC协议。本研究旨在为Wi-Fi用户提供高速网络服务。本文提出三种基于OFDMA技术的MAC协议:HTFA(高吞吐量与公平接入)、ERA(高效资源分配)和PRS(比例资源调度)。这些新型协议采用最新的IEEE 802.11ax标准(即Wi-Fi 6)优化Wi-Fi通信,具体提升多项MAC协议性能指标,包括提高吞吐量、有效吞吐量、公平性指数,并减少数据包重传与冲突等。仿真结果表明,新协议性能显著优于现有协议。本文设计的协议完全兼容最新IEEE 802.11ax标准,该标准承诺将每位用户的吞吐量提升至少四倍,并支持十倍的用户数量。因此,新协议可在高密度环境中保障无中断的流畅通信。本文提供了丰富的研究资源,包括MAC协议技术发展现状、现有协议分析及其性能矩阵、Wi-Fi系统架构、OFDMA约束与规范、协议框架、分析模型、相关数据理论与方法等,这些将成为未来Wi-Fi网络研究人员的重要参考。

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