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随着实时云计算、远程医疗等新兴技术的发展,使得低时延高可靠通信场景成为未来无线通信网络的研究热点之一。而无线局域网由于使用非授权频段、高速率以及灵活部署等优点已经广泛应用于人们的日常工作和生活。现有无线局域网标准一直将链路速率的提升作为其主要发展需求,其时延和可靠性指标将不再满足未来低时延和高可靠的应用场景。因此本文从802.11标准的MAC协议出发,研究现有MAC增强技术的时延和可靠性指标,提出适用于低时延高可靠通信场景的无线局域网MAC增强技术,具有较强的实用价值和研究意义。本论文研究内容及创新点如下:首先,本文综述了现有MAC协议增强技术EDCA和HCCA机制,分析了其满足参数化QoS的局限性。EDCA机制的性能严重受网络负载的影响,当某类AC的用户增加时,系统时延性能急剧恶化;而HCCA在密集场景下效率较低,不适应用户的频繁加入和离开。对最新802.11ax标准的上行随机接入过程以及车联网中的DMMAC协议进行了详细研究,总结了CSMA/CA与TDMA机制下MAC协议的优缺点。OFDMA机制增加多用户接入成功率、使得信道资源分配更加灵活高效;DMMAC协议结合了CSMA/CA和TDMA的优势,但基于TDMA机制的传输过程其时隙的分配与回收、业务的动态变化与分配的时隙不匹配是问题。因此为了保障时间敏感类业务的时延和可靠性指标,本方案采用基于AP轮询的增强机制以及时间敏感类业务优先级调度机制,通过时隙调度实现低时延可靠传输。具体创新如下:将传输资源划分为固定长度的周期,并采用增强轮询的方式加速时间敏感类业务的传输,周期性传输调度保证业务传输时延上界;用户采用OFDMA+TDMA机制实现上行随机接入,通过多维正交增加密集场景下的用户接入效率;通过将用户按业务进行分类,对业务按时延和可靠性等指标进行分级,通过接入窗口和MCS选择策略实现时间敏感类业务的分级调度,达到其时延和可靠性指标的需求。其次对提出的低时延高可靠无线局域网MAC增强技术进行了数学建模和理论分析。采用二维马尔科夫链模型对增强随机接入过程进行建模,建立了增强MAC协议的吞吐率、时延和稳定性指标,分析了网络中用户密度、时间敏感类业务占比以及协议各参数对系统性能的影响。通过仿真验证了数学模型的正确性,得到了饱和业务负载下系统的最优性能参数集合,为增强MAC技术的实现提供理论指导。最后搭建了原型系统用于验证低时延高可靠无线局域网MAC增强技术的优势,通过设计基于Zynq架构的原型样机,给出了平台的系统架构以及核心组件的设计与实现。对增强MAC技术进行实验室环境测试,采用Jperf网络性能测试工具对平台的吞吐以及时延抖动进行了测量,验证了增强技术的有效性和平台方案的可行性。