（通信与信息系统专业论文）基于ieee+80211e的动态txop及其接入控制算法研究.pdf

摘要 摘要 随着个人数据通信发展越来越趋向于无线化，以视频和音频为代表的多媒体 业务开始向无线延伸，逐渐成为移动通信发展的主要方向。如何为多媒体业务提 供服务质量的保证成为研究热点。改进m a c 协议的性能是对多媒体业务提供服务 质量保证的一种有效的方式。 i e e e8 0 2 1 1 是无线局域网主要的m a c 协议，i e e e8 0 2 1 1 e 是对i e e e8 0 2 1 l 标准的增补。8 0 2 1 1 e 能够对多媒体业务进行服务区分，提供了m a c 级的q o s 增 强。面对业务种类的不断丰富，优化8 0 2 1 1 e 的性能成为对多媒体业务提供服务质 量保证的关键。本文以i e e e8 0 2 1 l e 作为主要对象，围绕无线局域网对8 0 2 1 1 e 的 q o s 保证及其接入控制等问题展开讨论。 c f b 机制虽然具有能够增加网络利用率、吞吐量，减少时延、丢包率等优势， 但仍然存在不能对相同优先级的不同速率业务流提供基于业务流的q o s 保障，也 不能满足其公平性的问题。 由于造成c f b 机制问题的原因是固定的t x o p l i m i t 的值，针对c f b 机制存 在的问题本文提出d t x o p 算法。根据网络的状态，通过使用动态的基于t x o p 的服务区分，保证不同a c 以及相同a c 不同速率业务流的q o s 区分。通过仿真 验证d t x o p 算法在网络负载较重时具有优势，解决了c f b 机制的不能为高优先 级提供基于业务流的q o s 区分和吞吐量的公平性。但是d t x o p 算法高优先级性 能的提高是以牺牲低优先级业务的性能为代价的，因此需要合适的接入控制方案 以保护已经接纳的业务流。 i e e e8 0 2 1 1 e 协议中，e d c a 仅仅提供了区分服务，并没有确定具体的接入方 案。没有好的接入方案，则无法控制网络流量，也就无法提供q o s 保障。本文基 于d t x o p 算法提出了一种完全分布式的接入控制方案，无需a p 控制仅由各个站 点实时地监视网络状况以保护已经接纳的业务流。仿真结果表明该接入控制方案 能有效地保护已接纳的业务流，同时使网络能够维持高利用率。 关键词：i e e e8 0 2 1 l e ，无争用连发，t x o p l i m i t ，动态t x o p ，接入控制 a b s t r a c t a b s 瞰c t 晰e l e s sc o r n m u n i c a t i o ns y s t e m sh a v eb e e ns u c c e s s f u l l yi m p l e m e n t e dw o r l d w i d e m u l t i m e d i as e r v i c e ss u c ha sv i d e oa n da u d i oe x t e n dt ot h ew i r e l e s sm o b i l e c o m m u n i c a t i o na n dh a v eg r a d u a l l yb e e nt h em a i nt r e n d so ft h ef u t u r ed e v e l o p m e n to f w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s h o wt op r o v i d em u l t i m e d i as e r v i c e st oe n s u r eq u a l i t y o fs e r v i c eb e c o m e st h er e s e a r c hh o t s p o t i m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo fm a cp r o t o c o li s a ne f f e c t i v ea p p r o a c ht op r o v i d e q u a l i t yo fs e r v i c eg u a r a n t e e so fm u l t i m e d i as e r v i c e s i e e e8 0 2 11i st h em a i ns t a n d a r di nw i r e l e s s1 0 c a la r e an e t w o r k s 8 0 2 1 lei s p r o p o s e dt os u p p o r tq o so fm u l t i m e d i as e r v i c e s w i t i lt h et r e n d e n c yo fi n c r e a s i n g a p p l i c a t i o n sa n dg r o w i n gn e t w o r ks c a l e ，i ti sc r i t i c a lt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f 8 0 2 1lef o rp r o v i d i n gq o sg u a r a n t e e t 1 1 i st h e s i ss t u d i e st h eq o sg u a r a n t e e sa n d a d m i s s i o nc o n t r o lm e c h a n i s mi n8 0 2 1leb a s e dw i r e l e s sn e t w o r k s c f bm e c h a n i s mc a r li n c r e a s et h en e t w o r ku t i l i z a t i o na n dt h r o u g h p u t , r e d u c e l a t e n c ya n dp a c k e tl o s sr a t e ，b u tc f bm e c h a n i s ms t i l lh a sd e f e c t s ：c f bc a l l tp r o v i d e q o sg u a r a n t e e sb a s e do nt r a f f i cf l o wt ot h ef l o wo fd i f f e r e n td a t a r a t ew h i c hb e l o n g st o d i f f e r e n tp r i o r i t y , a n dc f bc a r l tm e e tt h ef a i r n e s s b e c a u s et h ee s s e n t i a lc a u s eo ft h ec f bm e c h a n i s mi st h ef i x e dt x o p l i m i tv a l u e d u et ot h ee x i s t e n td e f e c to fc f bm e c h a n i s m ，t h i st h e s i s p r o p o s e st h ed t x o p a l g o r i t h m a c c o r d i n gt ot h ei n s t a n t a n e o u sn e t w o r ks t a t e ，w ed i f f e r e n t i a t ed i f f e r e n ta c a n dd i f f e r e n tf l o w sw h i c hb e l o n gt ot h es a l i l ea ct h r o u g hd y n a m i ct x o ps e r v i c e d i f f e r e n c e ，g u a r a n t e et h ef a i r n e s so ft h r o u g h p u to fh i g hp r i o r i t y n l es i m u l a t i o n v a l i d a t e st h a td t x o p a l g o r i t h ms h o w si t sa d v a n t a g ew h e nt h en e t w o r kl o a di sh i g h r n l en e wa l g o r i t h ms o l v e st h ed i s a d v a n t a g eo fc f bm e c h a n i s m ，g u a r a n t e e st h eq o s r e q u i r e m e n to fd i f f e r e n ta ca n dd i f f e r e n tf l o w sw h i c hb e l o n gt ot h es a m ea c h o w e v e r , t h ei m p r o v e dp e r f o r m a n c eo fh i g hp r i o r i t yi sb a s e do ns a c r i f i c i n gt h ep e r f o r m a n c eo f l o wp r i o r i t y , s oi ti sn e c e s s a r yt op r o v i d ea l la d m i s s i o nc o n t r o lm e c h a n i s mt op r o t e c t q o so ff l o w sb e i n gs e r v e d t h ee d c am e c h a n i s mo n l y p r o v i d e sd i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e ，i tf a l l ss h o r ti n e n s u r i n gs u s t a i n e dq o sg u a a n t e e sb yd e v e l o p i n gs o m es o r to fa d m i s s i o nc o n t r o l i l a b s t r a c t m e c h a n i s m i ti si m p o s s i b l et oc o n t r o ln e t w o r kf l o wa n dg u a r a n t e eq o s b a s e do nt h e d t x o pa l g o r i t h m ，t h et h e s i sp r o p o s e saf u l l yd i s t r i b u t e da d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h m t h a tr e g u l a t e st h en e t w o r kl o a dt op r o t e c tt h ea l r e a d ya d m i t t e df l o w sf r o mn e we n t e r i n g f l o w s t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ea d m i s s i o nc o n t r o lm e c h 玉a i s m e n s u r e sh i g h p r o t e c t i o nt ot h ea d m i t t e df l o w sw h i l em a i n t a i n i n gh i g hn e t w o r ku t i l i z a t i o n k e y w o r d s ：i e e e8 0 2 1l e ，c f b ，t x o p l i m i t ，d y n a m i ct x o p ，a d m i s s i o n c o n t r o l i i i 图目录 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图3 1 0 图3 1 1 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 1 5 图3 1 6 图3 1 7 图3 1 8 图3 1 9 图3 2 0 图4 1 图4 2 图4 3 图目录 具有4 个传输队列的正e e8 0 2 1 1 em a c 5 e d c a 的t x o p 机制( a ) 基本方式( b ) r t s c t s 7 有c f b 机制的e d c a 1 1 无c f b 机制的e d c a 1 1 c f b 机制中语音或视频在一个t x o p 中数据帧的成功传输1 2 t s p e c 参数格式。1 8 一个a c 内m a c 层队列情况2 0 d t x o p 的算法思想模型图2 2 d t x o p 算法中一个单独的t x o p 中数据帧的成功传输2 4 仿真模型中的m a c 层的架构2 5 d t x o p 模块流程图：2 6 t r a n s m i t 模块流程图2 7 c f b 机制在不同速率下的平均吞吐量3 0 d t x o p 在不同速率下的平均吞吐量3 0 随站点的增加网络总吞吐量变化情况。3 1 语音a c 在三种机制下随发送速率增加网络总吞吐量变化情况3 2 视频a c 在三种机制下随发送速率增加网络总吞吐量变化情况3 3 语音a c 在三种机制下随分组大小增加网络总吞吐量变化情况3 4 视频a c 在三种机制下随分组大小增加网络总吞吐量变化情况3 4 语音a c 在三种机制下的总吞吐量3 5 语音a c 在三种机制下的平均时延3 6 视频a c 在三种机制下的总吞吐量3 6 视频a c 在三种机制下的平均时延3 7 背景数据a c 在三种机制下的总吞吐量3 7 背景数据a c 在三种机制下的平均时延3 8 ( a ) 接入控制带来的问题( b ) 解决办法模型图4 l 语音或视频的a c 在t 时间内竞争到信道连续发送帧的情况4 3 背景数据或尽力而为数据的a c 在t 时间内竞争到信道传输帧的情况一4 6 图目录 图4 4 仿真模型中的m a c 层的架构4 9 图4 5n s 2 中的分组结构示意图4 9 图4 6 接入控制方案处理流程图5 0 图4 7d t x o p 算法有无接入控制吞吐量的比较5 2 图4 - 8c f b 机制、n o c f b 机制无接入控制吞吐量的比较5 2 图4 - 9 六个业务流理论与仿真的吞吐量对比图一5 3 图4 1 0 七个业务流理论与仿真的吞吐量对比图5 4 图4 1 1站点减小速率理论与仿真的吞吐量对比图5 5 图4 1 2 站点继续等待理论与仿真的吞吐量对比图5 5 v l l 表目录 表目录 表2 1优先级与a c 之间的关系5 表2 ，28 0 2 1l ee d c a 的默认参数配置7 表3 1仿真中用到的参数2 9 表3 2 三类a c 及各自参数2 9 表3 3仿真中e d c a 参数2 9 表3 4 三类a c 在三种机制下的总丢包率3 5 表4 1 常用多媒体业务对时延的需求。4 4 表4 2 不同站点数目可到达的最大吞吐量的比例4 5 v i i i 缩略语 c f b t x o p t x o p l i m i t e d c a h c c a q o s a c t c t s q s t a m s d u m p d u a i f s d a c e 俸i a 缩略语 c o n t e n t i o nf r e eb u r s t i n g t r a n s m i s s i o no p p o r t u n i t y t r a n s m i s s i o no p p o r t u n i t yl i m i t e n h a n c e dd i s t r i b u t e dc h a n n e la c c e s s h c fc o n t r o l l e dc h a n n e la c c e s s q u a l i t yo fs e r v i c e a c c e s sc a t e g o r y t 】阻m cc a t e g o r y t r a f f i cs t r e a m q o s - c a p a b l e s t a t i o n m a cs e r v i c ed a t au n i t m a cp r o t o c 0 1d a t au n i t a r b i t r a t i o ni n t e r f r a m es p a c e d i s t r i b u t e da d m i s s i o nc o n t r o l e x p o n e n t i a l l yw e i g h t e dm o v i n ga v e r a g e i x 无争用连发 传输机会 传输机会限制 增强分布式信道接入 h c f 受控信道接入 服务质量 接入类别 业务类别 业务流 支持q o s 的无线站点 m a c 服务数据单元 m a c 协议数据单元 仲裁帧间间隔 分布式接入控制 指数加权移动平均 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名： 鱼堑 日期：珈7 年r 月陟日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 刃、 胁们u j 辽 日期：溯? 年厂月乡巨 第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 随着个人数据通信的发展越来越趋向于无线化，如何提供统一的无线接入引 起了学术界的重视，无线局域网因此而不断发展，是有线网络必要的延伸。无线 局域网与有线网络相比更方便快捷、灵活、易于扩展，能够提高工作效率，这些 优点使得无线局域网得到广泛的应用，也成为现阶段研究的重点。 1 9 9 7 年i e e e8 0 2 1 1 标准的制定使得无线局域网迅速发展普及【l 】。8 0 2 1 1 标准 定义了单一的m a c 实体和多个物理实体。i e e e8 0 2 1 lm a c 层定义了两种功能： 基本的分布式协调功能( d c f ，d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) 和可选的点协 调功能( p c f ，p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) 。 原始的i e e e8 0 2 1 1m a c 机制的d c f 存在如下的问题【2 】：d c f 不能区分业务 类型，各类业务均具有同样的最小与最大竞争窗口以及相同的竞争信道的概率， 因此d c f 仅仅提供了尽力而为型的服务，无法满足各类业务的q o s 。p c f 同样也 没有区分业务的类型。由于原始的8 0 2 1 1 的d c f 和p c f 均不能为诸如视频、音 频等多媒体实时性业务提供有差别的服务，为了给不同优先级的业务流提供服务 区分，i e e e8 0 2 1 1 e 任务组制定了8 0 2 1 1 e 1 3 1 。i e e e8 0 2 1 1 e 增补了i e e e8 0 2 1 1 无 线局域网的标准，提出了增强分布式信道接入e d c a 机制以满足对q o s 的要求。 m a c 级q o s 增强的引入使得无线局域网可以开始较好地为音频业务和视频业务等 提供具有优先级的支撑。提高服务质量的保证与业务的区分成为i e e e8 0 2 1 1 e 的 主要目标。 目前大多对i e e e8 0 2 1 l em a c 协议的研究都是基于不同的接入类别，而非基 于业务流，这会造成相同接入类别的不同业务流的不公平性。如何更好地保证q o s 并提供基于业务流的区分逐渐成为研究的热点。由于在8 0 2 1 1 e 标准中并没有为 e d c a 定义接入控制方案，所以要提供q o s 保证并保护已有业务流就需要有效的 接入控制方案，近年来许多研究者开始关注对接入控制方案的研究。本文将以i e e e 8 0 2 1 1 e 作为主要对象，围绕无线局域网对8 0 2 1 1 e 的q o s 保证及其接入控制等问 题展开讨论。 电子科技大学硕士学位论文 1 2论文研究内容与章节安排 本文通过对8 0 2 1 1e 协议在无争用连发c f b ( c o n t e n t i o nf r e eb u r s t i n g ) 机制下 进行详细的分析与探讨，考虑发送机会t x o p ( t r a n s m i s s i o no p p o r t t m i t y ) 内连续 发送多个数据帧，指出c f b 机制的优势以及存在的问题，并针对c f b 机制存在的 问题提出d t x o p ( d y n a m i ct x o p ) 算法，最后基于d t x o p 算法提出接入控制方 案。 本文的第二章对i e e e8 0 2 1 l em a c 协议及研究现状进行了较为详细的阐述。 并得出c f b 机制比无c f b 机制的e d c a 具有增加信道的利用率、增加吞吐量、 减小接入时延和减少丢包率的优势，然而仍然存在相同优先级的不同速率的业务 流吞吐量的不公平和不能充分地利用队列缓存的问题。通过分析发现造成c f b 机 制缺点的原因是固定的t x o p l i m i t 的值。 针对c f b 机制固定t x o p l i m i t 值带来的问题，第三章提出d t x o p 算法，由 于h c c a 是基于流的数据传输速率来保证t x o p l i m i t 的值，因此可以遵循相同的 流程，因为这种方法可以加强基于业务流q o s 区分保证。为了维持分布式机制必 须的灵活性，需要将h c c a 中心控制的算法调整为适合分布式的算法。通过使用 动态的基于t x o p 的服务区分，保证不同a c 之间以及基于业务流的q o s 区分。 不同于传统的对不同a c 的业务流分配静态的t x o p l i m i t 值的方法，本算法根据 网络中a c 的优先级以及a c 业务流的网络状况，给不同的a c 业务流自适应分配 不同的动态t x o p l i m i t 值。通过仿真验证d t x o p 算法在网络负载较重时具有优 势，解决了c f b 机制的问题，保证高优先级基于业务流的q o s 和吞吐量的公平性。 但是语音、视频a c 性能的提高是以牺牲数据a c 的性能为代价的，因此需要合适 的接入控制方案以保护已经接纳的业务流。 为了维持一个可接受的q o s ，诸如8 0 2 1 1 这样的基于竞争的网络环境需要对 网络负载进行控制。当服务区分受到很大局限，使用服务区分的q o s 机制在较高 的流量负载条件下的性能表现较差时，有必要使用接入控制来提供和支持已有流 的q o s 。i e e e8 0 2 1 1 e 协议中，e d c a 仅仅提供了区分服务，并没有确定具体的接 入方案。没有好的接入方案，则无法控制网络流量，也就无法提供q o s 保障。因 此，本文的第四章在第三章的基础上提出了一种完全分布式的接入控制方案，无 需a p 控制，仅由各个站点实时地监视网络状况以保护已经接纳的业务流。仿真结 果表明该接入控制方案能有效地保护已接纳的业务流，同时使网络能够维持高利 用率。 2 第一章引言 本文的第五章对全文进行了简要总结，并对今后的研究工作进行了展望。 1 3论文创新点 论文的主要创新点有： 第一，虽然c f b 机制的e d c a 较无c f b 机制的e d c a 能够增加信道利用率， 但c f b 机制仅能提供基于a c 的q o s 区分，却不能提供基于业务流的q o s 区分， 对相同优先级的不同速率的业务流不能保证吞吐量的公平性。针对c f b 机制的缺 点，本文提出了d t x o p 算法，该算法能够根据网络中a c 的优先级以及a c 业务 流的网络状况，给不同a c 的业务流动态分配不同的t x o p l i m i t 值，解决了c f b 机制存在的问题。 第二，在设计一个有效的提供q o s 的机制中，需要设计接入控制方案以保证 目前已经接入业务流的q o s 。本文在d t x o p 算法的基础上提出了一种完全分布式 的接入控制方案，无需a p 控制，仅需要实时监视网络状况，简单且易于实现。 电子科技大学硕士学位论文 第二章i e e e8 0 2 1l em a c 协议概述及c f b 机制介绍 2 1i e e e8 0 2 1 l e 协议介绍 i e e e8 0 2 1 1 e 是对i e e e8 0 2 1 1 标准的增补。i e e e8 0 2 1 1 不但作为无线局域网 物理层与m a c 层标准，而且也被广泛应用于a dh o e 。原始的8 0 2 1l 标准只能提 供尽力而为的服务，不能为诸如视频、音频等多媒体实时性业务提供区分服务。 为了在无线局域网中提供区分服务，从而支持不同服务质量的要求，i e e e8 0 2 1 1 e 任务组于2 0 0 5 年制定了8 0 2 1 1 e 。 i e e e8 0 2 1 1 定义了以c s m c a 为主要接入方式的d c f 功能，i e e e8 0 2 1 1 e 以d c f 为基础，区分不同业务应用的优先级，是对q o s 的增强。8 0 2 。1 1 e 与8 0 2 1 1 的主要区别在于它引入了区分服务机制，实现对多种优先级不同业务流的q o s 的 保证。区分服务机制为无线局域网存在多类业务提供了基础。8 0 2 1 l e 定义了混合 协调功能( h c f ，h y b r i dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) ，h c f 功能包含了原有的p c f 以 及新增加的增强分布式信道接入( e d c a ，e n h a n c e dd i s t r i b u t e dc h a n n e la c c e s s ) 和h c f 受控信道接入( h c c a ，h c fc o n t r o l l e dc h a n n e la c c e s s ) 。e d c a 提供基于 竞争的信道接入，而h c c a 则是q o s 感知的中心协调。 2 1 18 0 2 1 1 e 混合协调受控信道接入h c c a 混合协调受控信道接入h c c a 由混合协调器( h c ，h y b r i dc o o r d i n a t o r ) 集中 管理对无线介质的接入，基于轮询机制。h c c a 分为竞争周期c p 和非竞争周期 c f p 。在c p 阶段使用e d c a ，在c f p 阶段，h c 发送轮询帧依次询问站点是否有 数据要发。h c c a 在c p 阶段轮询每个站点，基于业务流的需求给每个数据包一个 顺序。每次轮询使得一个站点拥有一次发送机会。 2 1 28 0 2 1 1 e 增强分布式信道接入e d c a 增强分布式信道接入e d c a 是基于竞争的方式接入信道，它提供了有差别的 服务，能够相当有效地保证高优先级业务的q o s 。e d c a 定义了8 类业务类另j ( t c ， t r a m cc a t e g o r y ) ，即8 类优先级和4 类基于i e e e8 0 2 1 d 的接入类别( a c ，a c c e s s 4 第二章i e e e8 0 2 11em a c 协议概述及c f b 机制介绍 c a t e g o r y ) ，表2 1 为8 类t c 与4 类a c 之间的对应关系1 3 1 。e d c a 站点中有4 个 独立的接入队列分别对应4 个a c 发送的数据帧，即有4 个发送队列，8 类t c 分 别映射至4 类a c 的队列中。每类a c 都与特定的e d c a 参数相关联独立进行信 道接入，e d c a 因此能够提供不同的优先级，如图2 1 所示。 表2 1 优先级与a c 之间的关系 优先级 t c a c描述 最 低1a cb k 背景数据 2a cb k 背景数据 0a cb e 尽力而为数据 3a cb e 尽力而为数据 4 a cv l视频 5a cv 】 视频 1r 6a cv o语音 最高 7a cv o 语音 f r a m e sf r o mu p p e rl a y e r a c b ka c b ea c v ia c ) q jjj 0 i b a c k o f f ii b a c k o f f i i b a c k o f f il b a c k o f f jjj j i n t e m a lc 。l l i s i 。nh a n d l e r t r a n s m i s s i o na t t e m p t s 图2 - 1具有4 个传输队列的i e e e8 0 2 1 l em a c 与d c f 相比，e d c a 的提高主要表现在如下四个方面【4 】： ( 1 ) 仲裁帧间间隔a i f s 代替d i f s 在e d c a 中不同a c 拥有不同的帧间隔，不同于d c f 中所有类型a c 均拥有 电子科技大学硕士学位论文 同样的d i f s 帧间隔。e d c a 中使用仲裁帧间间隔( a i f s , a r b i t r a t i o ni n t e r f r a m e s p a c e ) ，不同a c 的退避过程启动前所需等待的时间不同。a i f s 计算公式如下， 其中a i f s n i 代表不同a c 站点开始退避前需要等待的时隙数，优先级越高a i f s 越小，站点能够越早抢占到信道且具有更大的信道接入机率。高优先级a c 比低优 先级a c 面临更少的竞争站点、更少碰撞几率从而能够更早进入退避。 a i f s i = s i f s + a i f s n i x a s l o t t i m e ( 2 ) 竞争窗口改变 公式( 2 1 ) e d c a 站点中的每个a c 拥有不同的最小、最大竞争窗口，不同于d c f 中所 有站点拥有相同的最小、最大竞争窗口。每个退避计时器在等待一个a i f s 后，在 【0 ，c w - h 之间随机选择一个数开始退避。最小、最大竞争窗口值越小接入信道的 几率越大，高优先级a c 具有较小的最小、最大竞争窗口，随机选取的值也较小， 因而获得发送机会较大。 ( 3 ) 增加内部碰撞处理 e d c a 中引入站点内部不同a c 之间的虚拟碰撞。每个a c 都会独立开始退避 过程，若一个站点内部不同a c 同时退避结束则出现虚拟碰撞。与外部碰撞处理不 同的是虚拟碰撞属于内部碰撞不占用带宽。当发生虚拟碰撞时，内部碰撞处理机 制会让高优先级a c 接入信道，而低优先级a c 像外部碰撞处理一样进行竞争窗口 的随机选择并开始退避。 ( 4 ) 引入t x o p e d c a 中引入发送机会t x o p ，该参数是可选参数，t x o p 由初始时间和最大 过程时间t x o p l i m i t 两个时间共同定义。发送机会t x o p 允许一个站点在一定时 间即t x o p l i m i t 时间内无需进行信道竞争、独自占用信道连续发送多个数据帧， 数据帧之间由s i f s 隔开。t x o p 可由竞争和h c f 授权两种方式产生。t x o p l i m i t 定义不同a c 能够持续占用信道而不受其它站点干扰的最大时间。不同的a c 拥有 不同的t x o p l i m i t 值，t x o p l i m i t 为o 表明站点每次获得t x o p 能发一个以任 意速率传输的数据帧。默认的t x o p l i m i t 值由表2 2 给出。此外，这个参数可以 在e d c a 机制中由信标帧中的q o s 参数通过a p 广播发布，在h c c a 机制中由 h c 控制并在轮询帧中发送给q s t a ( q o s c a p a b l es t a t i o n ) 。图2 2 描述了e d c a 的t x o p 机制。 表2 2 为i e e e8 0 2 1 1 e 协议中不同物理实体的推荐参数【3 1 ，其中a c w m i n 和 a c w m a x 为8 0 2 1 1 中的最小与最大竞争窗口，分别为3 1 、1 0 2 3 个时隙。 6 第二章i e e e8 0 2 1l em a c 协议概述及c f b 机制介绍 a i f s + b a c k o f f a i f s + b a c k o f f l j- l 1 1 r d a t a ld a t a 2d a t a 3 s o u r c e hh叫卜 + 一 7 i s i f ss i f ss i f ss i f ss i f s d e s t i n a t i o n a c k la c k 2a o k 3 txoplimit。 。l i l l i r t sd a t a l d a t a 2 1 1r l s o u r c e 叫卜叫l - 一 7 l s i f ss i f ss i f ss i f ss i f s d e s t i n a t i o n c t sa c k la c k 2 txoplimit 图2 - 2e d c a 的t x o p 机制( a ) 基本方式( b ) r t s c t s 表2 - 28 0 2 1l ee d c a 的默认参数配置【3 】 t x o p l i m i t 接入8 0 2 1 l b的 8 0 2 1 l a g 的 业务 最小竞争窗口最大竞争窗口 a i f sd s s s 及o f d m 和 其它 类型 h r 】d s s s 方e r p 方式 式 a cb ka c w m i na c w m a x7o0 0 a cb ea c w m i na c w m a x 3 ooo a cv i ( a c w m i n + 1 ) 2 1 a c w m i n26 0 1 6 m s3 0 0 8 m s o a cv o ( a c w m i n + 1 ) 4 1( a c w m i n + 1 ) 2 - 1 23 2 6 4 m s1 5 0 4 m s0 2 2i e e e8 0 2 1l e 研究现状 2 2 1e d c a 中t x o p 的研究现状 e d c a 机制中，由于参数的静态设置以及没有考虑无线信道情况，随着网络 中负载的增加，冲突的概率急剧上升。冲突造成网络延迟增大、网络利用率下降。 现阶段大部分研究集中在动态改变c w 值、a i f s 值和t x o p l i m i t 值，通过实时监 测网络状态信息动态改变参数来提供q o s 保证。本节主要介绍t x o p 的研究现状。 7 电子科技大学硕士学位论文 文献 5 】认为由于在一个成功竞争到的t x o p 中，若在该队列中没有充足的帧 可以传输，只有一部分的时间被利用，在这种情况下，即使在其它队列里有需要 传输的帧，站点也必须结束该t x o p 连发。站点只发送成功竞争到信道的a c 中 的帧，因而在竞争到的t x o p 时间里浪费了剩余时间，导致t x o p 机制有效性降 低、吞吐量下降并造成带宽的浪费。该文认为为了保证获得t x o p 机制的最大性 能，被分配的t x o p 时间应该完全利用。因此，该文利用在t x o p 中不会发生碰 撞和冲突这一特点，提出了一个改进的t x o p 算法。算法思想如下：一个站点得 到发送机会t x o p ，若在这个队列中只有很少的帧要发送，则利用剩余的t x o p 时间来传送因为碰撞而重传的帧和传输其它实时业务队列中的帧。该算法提高了 系统的吞吐量和有效性。 文献【6 】认为缺少一个有效的t x o p 时间配置会导致浪费共享的带宽，并在时 延、抖动和吞吐量性能上产生消极的影响。该文基于8 0 2 1 l e 基础模型，由a p 控 制接入参数。根据每个a c ，动态t x o p 算法基于在a p 队列中分配的平均分组数 目来改变连发时间( 假设每个a c 中只有一个队列) 。在该算法中，并不是简单地 测量a p 缓冲中的队列长度作为实际的队列长度，而是用平均分组数目来反映瞬时 的测量值，因为这个值可能会被到达的连发分组影响，因而不能客观作为信道状 态情况来描述队列大小。该算法提高了系统的效率和q o s 保证。 文献【7 】指出t x o p 不仅提供了不同a c 的服务区分，也提高了网络的使用率。 应该根据传输队列的状况动态调整t x o p l i m i t 来满足特定q o s 需求。根据目前传 输队列的状况和预设的阈值来动态调整t x o p l 砌t 。在原始的t x o p 机制中， t x o p l i m i t 在移动站点上是固定的。该文思想为：当队列长度小于一个阂值时， t x o p l i m i t 不变仍为默认值。但当队列长度超过阈值，t x o p l i m i t 增大到一个新 的值，这个值大于默认值。这个新的t x o p 值不能设置地太大，因为大的t x o p 会导致高的性能振荡和不公平性。 文献【8 】指出参考的h c c a 调度机制采用分配定长t x o p 的方式发送业务，因 此对于实时性要求高的音视频等具有突发性的变比特业务，性能不理想。该文针 对i e e e8 0 2 1 1 e 无线局域网参考调度算法分配定长的发送机会的缺陷，对i e e e 8 0 2 1 l eh c c a 参考调度算法进行了改进，提出了一种支持实时业务的自适应调度 机制。该机制通过终端反馈业务流发送队列的缓存数据量，动态分配变长t x o p 以满足不同负载、不同业务的要求；当有新业务请求加入系统时，调度机制在保 障现有业务最低时延的前提下，采用按比例减少现有业务的请求t x o p 时间的长 度的方式，并采用线性规划的优化方法，尽可能为新业务安排时间允许接入。该 8 第二章i e e e8 0 2 1l em a c 协议概述及c f b 机制介绍 机制提高了系统的吞吐量，有效地降低了实时业务的时延。 文献f 9 1 指出由i e e e 8 0 2 1 l eh c f 定义的t x o p 机制在应用中并不能最优地满 足q o s 的需求，因为通常t x o p l i m i t 根据不同的a c 默认分配。一个合适的t x o p 时间分配能使带宽有效共享，对多媒体业务的时延和吞吐量也会产生积极的影响。 该文通过动态改变t x o pe d c a 的参数使多媒体应用的q o s 得到提高，提出一个 动态算法，该算法为了动态改变信道资源，根据每一个特定a c 目前业务的情况在 a p 上阶段性地更新t x o p l i m i t 的值。同时该算法在上流需求大于下流需求时能降 低a p 的信道占用时间。该算法提高了多媒体业务的q o s 性能，并使信道接入时 间在上流和下流之间达到公平性。 文献 1 0 提出一种动态t x o p 及其接入控制方案，该算法能够更好地保证q o s 。 本文在其基础上提出新的接入控制